capítulo 6. biofiltros percoladores para el tratamiento de
RESUMEN. El presente proyecto consiste en el diseño de una planta de depuración de una corriente de 500 m3/h de aire contaminado con acetona y estireno a unas concentraciones de 50 y 250 mg/m3, respectivamente. Estos contaminantes se incluyen dentro del grupo de los denominados "compuestos orgánicos volátiles", según el "Real Decreto 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades". La planta propuesta se compone de un biofiltro percolador, una columna de adsorción por carbón activado, depósitos auxiliares, equipos de impulsión e instrumentos relacionados con la medición y control automático. El proceso está diseñado de tal manera de que sea el biofiltro percolador el equipo encargado del tratamiento de la corriente de aire en su totalidad, siendo la columna de adsorción utilizada exclusivamente en casos excepcionales en los que el biofiltro no alcanzase el rendimiento esperado. En ese caso se desviaría la mitad de la corriente de aire a la columna de adsorción. Se ha llevado a cabo un análisis cualitativo para determinar qué tecnología de las existentes es la más adecuada para tratar la corriente de aire citada. En dicho análisis se determinó que las tecnologías biológicas (biofiltración) son más adecuadas que las físico-químicas o tradicionales (absorción, combustión, etc.), puesto que suponen un menor costo, son más respetuosas con el medio ambiente y las concentraciones de contaminantes a tratar satisfacen el rango para el cual las tecnologías biológicas son efectivas. Dentro de las tecnologías biológicas de tratamiento de emisiones gaseosas, se ha optado por el biofiltro percolador como el equipo más adecuado frente a los otros dos posibles (biofiltro y biolavador). Su disposición en vertical hace posible que no sea necesaria un gran área disponible para su instalación. Además, es el equipo en el que el control de las variables se realiza fácilmente gracias al líquido de recirculación que fluye a su través. El biofiltro percolador es muy similar a una columna de absorción de relleno. El aire fluye hacia arriba a través del lecho de partículas en las cuales se han inoculado los microorganismos responsables de la degradación de los contaminantes (Sporothrix variecibatus). Al mismo tiempo, existe una corriente líquida siendo recirculada constantemente a través del lecho que contiene los nutrientes y sustancias necesarias para el desarrollo del cultivo microbiano. Es el biofiltro percolador el único equipo de la planta propuesta que se ha diseñado íntegramente en su totalidad, de forma que se detalla el material de Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz. 2012 construcción, dimensiones y componentes del mismo. El diseño se ha llevado a cabo mediante la aplicación del modelo matemático de Ottengraf para biofiltración (Ottengraf, 1986). Las ecuaciones del modelo requieren unas constantes cinéticas que han sido obtenidas de una publicación científica (Gerrad et al. 2010) en la que se describe la modelización de un biofiltro percolador de laboratorio tratando acetona y estireno a concentraciones de 50 y 250 mg/m3, respectivamente. Se ha mantenido una semejanza geométrica con el equipo descrito en la publicación. Se ha estimado la capacidad necesaria de los equipos de impulsión, depósitos auxiliares y columna de adsorción, procediéndose posteriormente a su elección comercial. De la misma forma, se ha diseñado el sistema de control automático de la planta, identificando aquellas posibles situaciones que puedan darse en el funcionamiento normal de la misma. Para ello ha sido necesario determinar las características necesarias de la instrumentación para su posterior elección en catálogos de proveedores. Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz. 2012 ÍNDICE GENERAL DOCUMENTO 1. MEMORIA ............................................................................... 0 Memoria descriptiva ........................................................................................................... 1 Anexos a la memoria ......................................................................................................... 82 DOCUMENTO 2. PLANOS ................................................................................. 138 DOCUMENTO 3. PLIEGO DE CONDICIONES ......................... 141 DOCUMENTO 4. PRESUPUESTO ........................................................... 175 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz. 2012 DOCUMENTO 1 MEMORIa memoria descriptiva Memoria descriptiva 0 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz ÍNDICE DE LA MEMORIA DESCRIPTIVA. Capítulo 1. Objeto del proyecto .......................................................................................4 Capítulo 2. Justificación del proyecto ..............................................................................4 2.1.-Efecto de los COVs sobre el medio ambiente. Smog fotoquímico .........................4 2.2.-Efecto de los COVs sobre la salud humana ............................................................4 Capítulo 3. Alcance del proyecto y localización ...............................................................5 Capítulo 4. Antecedentes .................................................................................................6 4.1.-Tecnologías físico-químicas para el tratamiento de gases .....................................6 4.1.1.-Absorción .........................................................................................................6 4.1.2.-Adsorción con carbón activo ...........................................................................7 4.1.3.-Incineración .....................................................................................................8 4.1.4.-Combustión catalítica ......................................................................................8 4.1.5.-Reducción catalítica .........................................................................................8 4.2.-Tratamientos biológicos .........................................................................................8 4.2.1.-Biofiltro ..........................................................................................................13 4.2.2.-Biofiltro percolador ........................................................................................14 4.2.3.-Biolavador ......................................................................................................15 4.3.-Ventajas de los tratamientos biológicos frente a las tecnologías tradicionales ..16 4.3.1.-Criterios económicos .....................................................................................16 4.3.2.-Criterios medioambientales ..........................................................................17 Capítulo 5. Valoración de alternativas dentro de los tratamientos biológicos ............18 Capítulo 6. Biofiltros percoladores para tratamiento de emisiones gaseosas .............21 6.1.-Principios de funcionamiento del biofiltro percolador ........................................21 6.2.-Factores que afectan a la eficacia del proceso ....................................................23 6.3.-Control del crecimiento de la biomasa .................................................................24 Capítulo 7. Descripción del proceso propuesto .............................................................27 Capítulo 8. Contaminantes .............................................................................................29 8.1.-Acetona .................................................................................................................29 8.1.1.-Propiedades ...................................................................................................29 Memoria descriptiva 1 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 8.1.2.-Usos y aplicaciones ........................................................................................30 8.1.3.-Fuentes ..........................................................................................................30 8.1.4.-Procesos que sufre a la entrada al medio ambiente .....................................30 8.1.5.-Fuentes de exposición ...................................................................................30 8.1.6.-Efectos sobre la salud ....................................................................................31 8.2.-Estireno .................................................................................................................32 8.2.1.-Propiedades ...................................................................................................32 8.2.2.-Usos y aplicaciones ........................................................................................33 8.2.3.-Fuentes ..........................................................................................................33 8.2.4.-Procesos que sufre a la entrada al medio ambiente .....................................34 8.2.5.-Fuentes de exposición ...................................................................................34 8.2.6.-Efectos sobre la salud ....................................................................................34 Capítulo 9. Materias primas ...........................................................................................36 9.1.-Características del aire a tratar.............................................................................36 9.2.-Material de relleno ...............................................................................................36 9.3.-Inóculo ..................................................................................................................37 9.4.-Medio de cultivo ...................................................................................................37 Capítulo 10. Equipos, red de tuberías y accesorios .......................................................38 10.1.-Biofiltro percolador ............................................................................................38 10.2.-Soplante ..............................................................................................................38 10.3.-Bombas. ..............................................................................................................39 10.4.-Columna de adsorción por carbón activado.......................................................41 10.5.-Depósitos auxiliares ............................................................................................42 10.6.-Tuberías y accesorios. .........................................................................................43 10.7.-Válvulas. ..............................................................................................................44 Capítulo 11. Sistema de control y dispositivos de medición .........................................46 11.1.-Variables en el proceso y estrategia de control .................................................46 11.2.-Variables a controlar de forma automática .......................................................47 11.2.1.-Control del pH ..............................................................................................47 11.2.2.-Control del nivel de líquido en el fondo de la columna...............................48 11.2.3.-Control de la concentración de contaminantes a la salida .........................49 Memoria descriptiva 2 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 11.3.-Variables a controlar de forma manual ..............................................................50 11.4.-Medición de caudales .........................................................................................50 11.4.1.-Medición del caudal de aire.........................................................................50 11.4.2.-Medición de caudal de medio de cultivo.....................................................51 11.5.-Variador de frecuencia para la soplante.. ..........................................................52 11.6.-Elección del PLC ..................................................................................................53 11.7.-Casuística de control de la planta .......................................................................55 Capítulo 12. Seguridad e higiene en planta. ..................................................................58 12.1.-Disposiciones generales de seguridad ................................................................58 12.2.-Riesgos específicos .............................................................................................60 12.2.1.-Riesgo relacionados con la exposición a agentes biológicos.......................60 12.2.2.- Riesgo relacionados con la exposición a agentes químicos .......................61 12.2.3.- Riesgo eléctrico.................. .........................................................................62 12.2.4.- Riesgo de incendio.............................................................................. .......63 12.2.5.- Riesgo relacionados con la exposición al ruido..........................................63 12.3.-Fichas internacionales de seguridad química .....................................................63 Capítulo 13. Vertidos acuosos ........................................................................................77 Capítulo 14. Distribución en planta ................................................................................78 Capítulo 15. Marco legal .................................................................................................79 15.1.-Legislación en materia de seguridad e higiene industrial................... ...............79 15.2.-Legislación en materia de medio ambiente................... ....................................79 15.3.-Normas y códigos técnicos................... ..............................................................79 Capítulo 16. Bibliografía .................................................................................................80 16.1.-Bibliografía técnica................... ..........................................................................80 16.2.-Publicaciones científicas................... ..................................................................80 16.3.-Organizaciones oficiales................... ..................................................................81 16.4.-Proveedores........................................................................................................81 Memoria descriptiva 3 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 1. OBJETO DEL PROYECTO El objeto del presente proyecto es el diseño de un proceso biológico para el tratamiento de una corriente de aire cuyos contaminantes son estireno y acetona a unas concentraciones de 250 y 50 mg/m3, respectivamente. Estos dos compuestos son usualmente producidos en fábricas dedicadas a la manufactura de equipos de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Se realizará única y exclusivamente el diseño de la planta (equipos, red de tuberías, control e instrumentación), no incluyéndose el diseño de la cimentación y resto de obra civil necesaria. CAPÍTULO 2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO La acetona y el estireno son sustancias que se incluyen dentro del grupo de los denominados compuestos orgánicos volátiles (COVs) según el "Real Decreto 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades". En particular, se definen los compuestos orgánicos volátiles como: "Todo compuesto orgánico que tenga a 293,15 K una presión de vapor de 0,01 kPa o más, o que tenga una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso". La característica principal de este tipo de compuestos es, pues, su alta volatilidad, la cual los hace extremadamente susceptibles de ser emitidos a la atmósfera con gran facilidad. Una vez presentes en la atmósfera, está demostrado que éstos compuestos son dañinos para el medio ambiente y la salud humana y animal. 2.1.-Efectos de los COVs sobre el medio ambiente: Smog fotoquímico. Los COVs reaccionan con óxidos de nitrógeno en presencia de luz solar provocando el denominado smog fotoquímico. Éste es un fenómeno de contaminación atmosférica que consiste en la acumulación de ozono en la troposfera como resultado de una serie de reacciones químicas en las que intervienen los COVs. Es fácilmente reconocible en grandes núcleos industriales por la presencia de una atmósfera de color marrón rojizo. El ozono es una de las sustancias más oxidantes que existen y es tóxico para los humanos, provocando problemas respiratorios serios. 2.2.-Efectos de los COVs sobre la salud humana. Los COVs son todos liposolubles, de forma que se acumulan en los tejidos grasos. Los efectos dañinos de los COVs dependen del tipo de compuesto en cuestión y Memoria descriptiva 4 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz de la concentración y tiempo de exposición al mismo. En la siguiente tabla se citan algunos de los efectos nocivos más importantes que producen los COVs. EXPOSICIONES A CORTO PLAZO Irritación de mucosas, ojos y garganta Fatiga Mareos Reacciones alérgicas Náuseas Dolor de cabeza EXPOSICIONES A LARGO PLAZO Daños en el sistema nervioso Problemas renales Lesiones hepáticas Cáncer Tabla 2.1. Efectos de los COVs sobre la salud De esta forma, se propone una solución que permita la eliminación de emisiones de estos compuestos, o al menos la reducción hasta valores que no entrañen peligro alguno para la salud humana y medioambiental. CAPÍTULO 3. ALCANCE DEL PROYECTO Y LOCALIZACIÓN El proceso propuesto es válido para tratar un caudal de aire de 500 m3/h cuyas concentraciones de contaminantes son de hasta 250 mg/m3 de estireno y 50 mg/m3 de acetona. Serán fábricas dedicadas a la producción de equipos de poliéster reforzado con fibra de vidrio las que encuentren en este proceso grandes beneficios a la hora de eliminar estos contaminantes que continuamente producen. Memoria descriptiva 5 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 4. ANTECEDENTES Las tecnologías aplicadas para el tratamiento de emisiones gaseosas contaminadas se clasifican en físico-químicas y biológicas. La conveniencia de la aplicación de unos métodos u otros vendrá determinada en gran medida por el caudal de gas a tratar y la concentración de las sustancias contaminantes. De esta forma, la siguiente figura muestra los distintos rangos de concentración de contaminantes y flujo de aire a tratar en los cuales los distintos métodos son aplicables. Figura 4.1. Aplicación de las distintas tecnologías de tratamiento de emisiones gaseosas. 4.1.-Tecnologías físico-químicas para el tratamiento de gases. A continuación se describen brevemente algunos de los procesos más utilizados en la depuración de contaminantes gaseosos a lo largo de la historia industrial. 4.1.1.-Absorción. Es un proceso de separación controlado por la transferencia de materia en el cual un líquido y un gas se ponen en contacto (normalmente en contracorriente) de forma que el líquido disuelve determinados componentes del gas y éste queda libre de los mismos. En la gran mayoría de los casos el líquido absorbente es agua de procesos. Memoria descriptiva 6 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz La siguiente figura esquematiza un posible montaje de ésta tecnología, en el cual líquido y gas fluyen a contracorriente a través de un lecho inerte: Figura 4.2. Esquema de funcionamiento de una columna de absorción. Puesto que la etapa limitante de este proceso es la disolución de los contaminantes gaseosos en el seno del líquido, es evidente que la aplicación de esta tecnología sólo será factible para aquellas corrientes gaseosas cuyos contaminantes presenten una alta solubilidad en agua. 4.1.2.-Adsorción con carbón activo. En este proceso se utiliza una columna cuyo relleno consiste en carbón activado, de forma que la corriente a depurar fluye a través del lecho y los contaminantes se adsorben en las moléculas de carbón. El carbón activado se fabrica a partir de diversas sustancias carbonosas de origen animal, vegetal o mineral como por ejemplo antracita, coque, turba y madera. Presenta una gran superficie específica (700 - 1500 m2/g) y tiene capacidad para absorber una gran cantidad de compuestos orgánicos. Actualmente se utiliza impregnado por compuestos tales como NaHCO 3, Na2CO3, NaOH, KOH, KI y KMnO4. La adsorción que tiene lugar es de tipo físico, es decir, reversible, de forma que cada cierto tiempo el lecho se irá saturando de compuestos orgánicos adsorbidos y será necesaria la regeneración del mismo mediante su combustión en hornos de pirólisis. Memoria descriptiva 7 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 4.1.3.-Incineración. Consiste en la combustión completa de los gases a depurar, de forma que se produce la oxidación de toda la materia orgánica presente para dar CO 2, H2O y en ocasiones SOx y NOx, en función de la composición de la corriente a depurar. En este proceso se alcanzan temperaturas entre 750 - 950ºC, con lo cual el gasto energético implicado es importante. Otro inconveniente es la emisión de CO 2 a la atmósfera. 4.1.4.-Combustión catalítica. El proceso es idéntico a la incineración, solo que en este caso se lleva a cabo en una columna cuyo relleno es un catalizador (óxidos de metales de transición y metales nobles). El catalizador produce el efecto de disminución de la energía de activación de las reacciones de oxidación, con lo cual las temperaturas a someter las corrientes son sustancialmente menores (200 - 400ºC). De esta forma, el coste energético de la operación disminuye. 4.1.5.-Reducción catalítica. Esta técnica se utiliza cuando los contaminantes se encuentran en su máximo estado de oxidación. Consiste en hacer reaccionar estos compuestos con agentes reductores (columnas de relleno) de forma que queden convertidos en sustancias no tóxicas. La aplicación más típica es la eliminación de NOx y SO2 para dar N2 y S. 4.2.-Tratamientos biológicos. Los tratamientos biológicos consisten en la eliminación de contaminantes mediante la degradación de los mismos por parte de microorganismos, los cuales los usan como sustratos (alimento) para su propia supervivencia. El concepto es simple, pero su llevada a la práctica no lo es tanto. Los equipos donde se llevan a cabo los procesos de descontaminación de corrientes gaseosas mediante microorganismos se denominan biofiltros. Estos dispositivos se caracterizan de forma general por un lecho inerte u orgánico en el cual existe una población de microorganismos inmovilizada en el mismo. Al hacer pasar la corriente a depurar a través del lecho, los microorganismos entran en contacto con los contaminantes y los consumen, generando CO2, agua, biomasa y otros productos intermedios (metabolitos). Memoria descriptiva 8 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz El mecanismo de degradación de la materia orgánica a nivel microscópico se explica por la formación de una biopelícula adherida al material del lecho. Una biopelícula es un ecosistema microbiano organizado, conformado por uno o varios microorganismos asociados a una superficie viva o inerte, con características funcionales y estructuras complejas. El agua que entra al sistema forma a su vez una capa alrededor de la biopelícula tal como muestra la siguiente figura. Figura 4.3. Mecanismo de la biofiltración. Los contaminantes gaseosos que atraviesan el sistema se absorben en la película de agua, y difunden hasta los microorganismos, donde son consumidos. El ciclo de vida de los microorganismos es bastante sencillo, de forma que se diferencian cuatro fases en cultivos discontinuos (cultivos con cantidad de sustrato constante): 1. Fase de latencia: Período que el microorganismo necesita para adaptarse a las condiciones ambientales del medio en que ha sido inoculado. En esta fase el microorganismo crea las enzimas necesarias para la degradación de los sustratos. Es posible que se produzca muerte de células por metabolismo endógeno. La velocidad de crecimiento en esta fase es prácticamente nula. 2. Fase exponencial: Una vez el microorganismo está aclimatado, utiliza el sustrato para fines de crecimiento. En esta fase la velocidad de crecimiento sigue una curva exponencial. 3. Fase estacionaria: En esta fase las reservas de sustrato empiezan a agotarse y se produce la muerte de algunos microorganismos. La velocidad de muerte de células es aproximadamente igual a la velocidad de crecimiento, de forma que Memoria descriptiva 9 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 4. el número de microorganismos se mantiene esencialmente constante durante este período. 5. Fase de muerte: El sustrato se agota, de forma que los microorganismos mueren hasta que su población se reduce a cero. Figura 4.4. Fases vitales de microorganismos en cultivos discontinuos. Como cualquier ser vivo, la actividad vital de los microorganismos se ve fuertemente afectada por los factores ambientales. De esta forma, para garantizar la eficacia óptima del proceso de eliminación de contaminantes es necesario conocer cuáles son las variables que afectan a la actividad microbiana. Éstas son: 1.-Temperatura: La actividad microbiana se ve fuertemente afectada por la temperatura. Cada tipo de microorganismo presenta su particular rango óptimo de temperaturas dentro del cual su actividad vital es óptima. De esta forma, se pueden clasificar los microorganismos en función de su rango de temperatura óptimo: Memoria descriptiva 10 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Tª mínima (ºC) Tª óptima (ºC) Tª máxima (ºC) RANGO CRIOFÍLICO (-5) - 5 15 - 18 19 - 22 RANGO MESOFÍLICO 10 - 15 25 - 35 35 - 45 RANGO TERMOFÍLICO RANGO HIPERTERMOFÍLICO 40 - 45 55 - 75 60 - 80 65 - 90 85 - 100 85 - 105 Tabla 4.1. Clasificación de los microorganismos en función de la temperatura. 2.-Acidez del medio: La actividad microbiana también depende del pH, de forma que cada tipo de microorganismo presenta un rango óptimo de pH y son clasificados en función del mismo: pH Acidófilos <2 Neutrófilos 6-8 > 10 Alcalófilos Tabla 4.2. Clasificación de los microorganismos en función del pH. La tabla anterior muestra que existen microorganismos que pueden desarrollarse a valores de pH extremos en el ambiente. No obstante, el valor del pH en el interior de la célula debe estar cercano a 7. 3.-Actividad del agua: Los microorganismos, al igual que cualquier otro ser vivo en la Tierra, necesitan agua para llevar a cabo su actividad vital. El agua es el medio en el que tienen lugar todas las reacciones bioquímicas y enzimáticas. El agua crea la película que absorbe los contaminantes gaseosos y los hace asimilables para los microorganismos. La disponibilidad del agua no sólo depende de la cantidad absoluta de la misma en el medio determinado, sino que también es una función de la concentración de solutos tales como sales, azúcares u otras sustancias disueltas. Éstas sustancias tienen una afinidad por el agua, lo que hace que ésta esté más asociada a los solutos que disponible para los microorganismos. La disponibilidad del agua se expresa en términos físicos mediante el concepto de actividad del agua (aw), que se define como la razón de la presión de vapor del aire en equilibrio con una sustancia o solución y la presión de vapor del agua pura. Si los microorganismos se encuentran en un medio cuya concentración de sales es mayor que aquella existente en el citoplasma celular, se producirá la deshidratación de los mismos mediante osmosis. La mayoría de microorganismos sólo se desarrollan en un medio cuya actividad de agua sea elevada (baja concentración de sales). Según esto, se puede realiza otra clasificación de microorganismos: Microorganismos halófilos: aquellos que requieren la presencia de una gran cantidad de sales. Memoria descriptiva 11 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Microorganismos osmófilos: aquellos que viven en presencia de altos valores de concentración de azúcares. Xerófilos: aquellos que viven en medios bastante secos. 4.-Contenido de oxígeno: Puesto que los microorganismos predominantes utilizados en biofiltración son aerobios, es fundamental asegurar un aporte de oxígeno adecuado para permitir la biodegradación de los contaminantes por parte de los mismos. No existe un dispositivo utilizado para la inyección de oxígeno en el sistema, sino que éste proviene de la propia corriente de aire contaminada que se alimenta al sistema. 5.-Aporte de nutrientes: Aparte de los contaminantes como recurso principal energético, los microorganismos también necesitan otros compuestos. Es especialmente importante para el crecimiento el nitrógeno, ya que los microorganismos lo usan para construir nuevas paredes celulares. Además, es un componente mayoritario de proteínas y ácidos nucleicos. También necesitan fuentes de fósforo, potasio, azufre, magnesio, calcio, sodio y hierro. De esta forma, en el funcionamiento de cualquier proceso de tratamiento biológico las variables a tener en cuenta son la temperatura, el pH, el grado de humedad, el contenido en oxígeno y la composición del medio. Para establecer las condiciones de operación adecuadas (rangos de operación) es necesario conocer los distintos tipos de microorganismos que conforman la biomasa. De esta forma, se puede conocer el rango óptimo de valores a los que hay que mantener cada variable. Temperaturas excesivamente altas provocan la muerte de los microorganismos, mientras que temperaturas muy bajas hacen que éstos dejen de desarrollar su actividad metabólica. Si la temperatura de la corriente de entrada al biorreactor es demasiado elevada será necesario una operación previa de humidificación a fin de enfriar la corriente lo necesario. Igualmente, si la corriente de entrada está demasiado fría será necesario un precalentamiento de la misma antes de su entrada al biorreactor. El rango de temperaturas recomendado para la biofiltración es entre 15 y 40ºC (Leson y Winter 1991; Bohn 1992). Los valores de pH en el biorreactor pueden verse afectados en determinados procesos en los cuales la descomposición de los contaminantes genera productos ácidos (biofiltración de SH2). Estos compuestos ácidos provocan la disminución del pH con el tiempo, lo cual causará la muerte de los microorganismos. De esta forma, debe desarrollarse un plan para neutralizar esos compuestos ácidos, en el caso de que éstos se generen. El método más sencillo para el control del pH es la adición de sustancias básicas cuando éste comience a disminuir. La humedad se garantiza normalmente mediante la humidificación de la corriente gaseosa antes de su entrada en el biorreactor. Como regla general es Memoria descriptiva 12 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz preferible trabajar con humidificadores en vez de inundar la columna, ya que esto provocaría mayores pérdidas de carga. No obstante, la humidificación se realiza de distintas formas para cada modalidad de biorreactor. El contenido en oxígeno debe ser medido constantemente en algunos casos a fin de comprobar que se mantiene en los niveles adecuados. La composición del medio de cultivo debe ser revisada cada cierto tiempo mediante la toma de muestras y análisis en laboratorio, a fin de verificar que existan los compuestos necesarios para la supervivencia de los microorganismos en las cantidades adecuadas. Dentro de las tecnologías de tratamiento de corrientes gaseosas contaminadas se distinguen tres tipos de equipos: el biofiltro, biofiltro percolador y biolavador. 4.2.1.-Biofiltro. Es el montaje más típico dentro de la tecnología de tratamientos biológicos. Los microorganismos se encuentran inmovilizados en un lecho que normalmente es de tipo orgánico (turba, serrín, compost, etc.), aunque también puede ser material inerte con mezcla de orgánico. El aire a depurar se hace pasar en primer lugar por una cámara de humidificación con el objetivo de proporcionar la humedad necesaria para la óptima biodegradación. Se hace pasar el gas por el lecho de microorganismos de forma que se obtiene una corriente de aire depurada a la salida del biofiltro. Será necesario el riego periódico del lecho con líquido de cultivo, a fin de cubrir las necesidades de los microorganismos en cuanto a nutrientes. La siguiente figura esquematiza el modo de funcionamiento de estos equipos: Memoria descriptiva 13 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 4.5. Esquema del proceso de biofiltración. Puesto que no existe una fase líquida móvil, esta tecnología es factible para el tratamiento de contaminantes poco solubles en agua, en concreto, para aquellos contaminantes con una constante de Henry de hasta 1. 4.2.2.-Biofiltro percolador. En esta modalidad de biofiltro se tiene una columna de relleno en el cual existen microorganismos inmovilizados y a través del cual se ponen en contacto el gas a depurar y un líquido que gotea desde la parte superior. El contacto puede ser bien a contracorriente o en paralelo. El líquido consiste en una solución que contiene todos los componentes y nutrientes necesarios para que los microorganismos desarrollen su óptima actividad. La siguiente figura esquematiza el funcionamiento del sistema: Memoria descriptiva 14 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 4.5. Esquema de funcionamiento del biofiltro percolador. La principal innovación de este montaje es la recirculación del medio de cultivo a través de la columna. El líquido es tomado de la parte inferior de la columna y almacenado en un tanque, desde el cual es recirculado de nuevo a la columna. La recirculación presenta varias ventajas tales como la eliminación de productos intermedios de reacción (lavado del relleno) y una mayor facilidad para el control de variables tales como el pH o la composición del medio. El principal inconveniente de este sistema es que no es factible de ser aplicado para la eliminación de aquellos contaminantes cuya solubilidad en agua sea baja, ya que la etapa limitante del proceso es la absorción del gas en el líquido. De esta forma, en la literatura se encuentra que este montaje es aplicable para aquellos contaminantes con una constante de Henry no mayor que 0,1. 4.2.3.-Biolavador. El biolavador consiste en dos equipos: una columna de absorción y un reactor de lodos activos. El aire contaminado se hace pasar en primer lugar por la columna de absorción en contracorriente con el agua descendiente en la cual los contaminantes se disuelven. De esta forma, de la columna de absorción salen dos corrientes: la corriente de gas depurada y una corriente de agua que contiene los contaminantes. La corriente de agua pasa al reactor de lodos activos donde los contaminantes son degradados. Del reactor sale una corriente de lodos que requerirá ser tratada posteriormente. La siguiente figura esquematiza el funcionamiento del sistema. Memoria descriptiva 15 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 4.6. Esquema de funcionamiento del biolavador. Este montaje supone una mejora de los biofiltros percoladores en dos aspectos: 1.-Mejora de la absorción de los contaminantes en el líquido al existir una etapa dedicada a ello. 2.-Aumenta el tiempo que los microorganismos tienen para biodegradar los contaminantes en el tanque. Las principales desventaja de este sistema son, por una parte, el mayor costo asociado debido a la presencia de dos equipos en vez de uno y, por otra parte, el hecho de que sólo es aplicable para contaminantes muy solubles en agua (constante de Henry no mayor que 0,01). 4.3.-Ventajas de los tratamientos biológicos frente a las tecnologías tradicionales. Los tratamientos biológicos han demostrado ser la mejor opción para el tratamiento de grandes volúmenes de aire contaminados con bajas concentraciones de COVs. Esto se justifica de forma tanto económica como medioambiental. 4.3.1.-Criterios económicos. Inmovilizado: El coste de inmovilizado de un sistema de biofiltración es mucho menor que el de cualquier tecnología tradicional debido a la sencillez del diseño. Memoria descriptiva 16 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Costes de operación: los sistemas de biofiltración consumen cantidades de energía mucho menores que los sistemas tradicionales tales como la incineración, que requiere la utilización de combustibles fósiles. 4.3.2.-Criterios medioambientales. Los procesos tradicionales purifican la corriente contaminada pero no eliminan la contaminación completamente. En el caso de las operaciones de combustión, se generan otros contaminantes igual o más peligrosos que los iniciales, tales como NO x, SO2 y CO. En el caso de procesos de absorción y adsorción, el contaminante no es eliminado, sino que es traspasado a otra fase (acuosa en absorción, sólida en adsorción) que requerirá ser tratada posteriormente. Los tratamientos biológicos generalmente no generan ningún producto peligroso ni corrientes secundarias contaminadas, solamente CO2 y agua, si bien es cierto que en biodegradaciones de ciertos contaminantes se generan metabolitos en el agua de recirculación que no pueden ser vertidos directamente. De esta forma son las tecnologías más limpias y respetuosas con el medio ambiente que existen actualmente a la hora del tratamiento de gases. Memoria descriptiva 17 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 5. VALORACIÓN DE ALTERNATIVAS DENTRO DE LOS TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS. Según lo expuesto en el apartado 4.3. se toma la decisión de utilizar tratamientos biológicos en vez de tecnologías físico-químicas debido a las ventajas descritas y puesto que las concentraciones de contaminantes a tratar se encuentran dentro del rango adecuado. Una vez justificada la conveniencia de utilizar tratamientos biológicos habrá que determinar cuál de las tres tecnologías (biofiltro, biofiltro percolador, biolavador) es la más adecuada para el problema planteado. De esta forma, la siguiente tabla muestra las ventajas y desventajas de cada sistema particular. TIPO DE BIOFILTRO Biofiltro VENTAJAS - Diseño simple y flexible. - Bajos costos de inmovilizado y operación. - No genera agua residual. - Bajo consumo energético. - Altas superficies de contacto gas-líquido. - Conveniente para operación intermitente. DESVENTAJAS - Dificultad para el control de las variables - Ocupan gran espacio. - Baja adaptación a altas fluctuaciones en el flujo de gas. - Necesidad de remplazar el lecho cada pocos años. - No aplicable para el tratamiento de contaminantes cuyos subproductos son compuestos ácidos. - Necesidad de humidificación previa del aire a tratar. Biofiltro percolador - Diseño simple y flexible. - Baja pérdida de carga. - Facilidad de control de variables gracias a la existencia de la fase líquida móvil. - Sólo un equipo. - Ocupan poco espacio. - Adecuados para tratar un amplio rango de - No resiste operación intermitente - Aparición de fenómenos indeseables (caminos preferenciales y taponamiento). - Tecnología relativamente joven aún en fase de desarrollo. - Menor superficie de Memoria descriptiva 18 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Biolavador contaminantes, ya que los metabolitos y demás productos generados pueden ser fácilmente purgados fuera del sistema. - Longevidad del lecho, el cual puede durar hasta 10 años. - Alta transferencia de materia. contacto gas-líquido que el biofiltro. - Mejor control de la reacción. - Baja caída de presión. - Posibilidad de evitar acumulación de subproductos generados. - Mayores tiempos de contacto microorganismocontaminante. - Sólo aplicable para contaminantes extremadamente solubles en agua. - Altos costes de inmovilizado y operación. - Genera lodos. - Dos equipos. - No soporta periodos sin alimentación. Tabla 5.1. Ventajas y desventajas de cada sistema de biofiltración. El biofiltro es el sistema más sencillo de montar y presenta grandes porcentajes de eliminación, pero presenta la gran desventaja de la imposibilidad de control de las variables (pH, concentración de nutrientes, temperatura...). Por otra parte, la humidificación previa de la corriente de aire a tratar es imprescindible, lo cual implica mayores costos de inversión debido a la necesidad de instalar una torre de humidificación. Además, es necesario el riego periódico del lecho con medio de cultivo, lo cual significa la instalación de un depósito extra que lo albergue. El biolavador presenta la desventaja del alto costo debido a que son necesarios dos equipos: la columna de absorción y el reactor de lodos activos. La eficacia de eliminación del proceso depende crucialmente de la eficacia de la columna de absorción, lo cual es un problema a la hora de tratar aquellos compuestos poco solubles en agua. Además, la generación de lodos residuales implica mayores costos debido a la necesidad de tratamiento de los mismos. El biofiltro percolador es un sistema cuyo montaje es simple y flexible y necesita menor área para su instalación que el biofiltro. Consiste sólo en un equipo a diferencia de los otros dos modelos. El hecho de que exista una fase líquida móvil que Memoria descriptiva 19 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz continuamente es recirculada a lo largo del lecho significa que la humedad no es un parámetro a tener en cuenta en este montaje. Aparte de proporcionar agua y los nutrientes necesarios para la actividad de los microorganismos, la corriente líquida goteante proporciona un medio para el control de las variables de operación tales como el pH, concentración de nutrientes y temperatura. Además, en su descenso a lo largo de la columna, el líquido arrastra consigo biomasa no viable, metabolitos y productos de oxidación generados en la biodegradación, los cuales abandonan el sistema mediante la purga. De esta forma, teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes de cada uno de los tres sistemas, se concluye que el biofiltro percolador es el sistema más conveniente para resolver el problema propuesto. El hecho de que sea un sólo equipo que ocupe poco espacio junto con la facilidad de control de las variables lo convierten en la mejor opción frente a los otros dos sistemas. Además, las constantes de Henry de los compuestos a tratar están dentro del rango recomendado para el tratamiento mediante biofiltro percolador (tablas 8.1. y 8.2.). Memoria descriptiva 20 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 6. BIOFILTROS PERCOLADORES PARA EL TRATAMIENTO DE EMISIONES GASEOSAS. En el capítulo 4 se explicó brevemente el principio de funcionamiento del biofiltro percolador. En el capítulo 5 se describieron las ventajas de este montaje frente al biofiltro y al biolavador, justificándose la elección del biofiltro percolador como la tecnología más conveniente para el tratamiento de la corriente de aire problema. En este capítulo se profundiza en el biofiltro percolador, explicando el principio de funcionamiento a nivel microbiológico, factores que afectan a la operación del mismo y problemas que pueden aparecer y afectar al funcionamiento óptimo del equipo. 6.1.-Principios de funcionamiento del biofiltro percolador. El esquema de funcionamiento del biofiltro percolador ya se explicó en el apartado 4.2.2. El proceso consiste en hacer pasar la corriente de aire contaminada a través de la columna, ya sea en paralelo o en contracorriente, de forma que los contaminantes entran en contacto con los microorganismos inmovilizados en el material de relleno y son consumidos, de forma que se obtiene una corriente de aire tratada y un residuo líquido (purga) que contiene algo de biomasa resultado del crecimiento microbiano consecuencia de la biodegradación y metabolitos derivados. Figura 6.1. Esquema de funcionamiento de un biofiltro percolador en corrientes paralelas. Un estudio más profundo de los procesos implicados revela que la eliminación del contaminante es el resultado de una combinación de fenómenos físico-químicos y Memoria descriptiva 21 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz biológicos. Es vital el conocimiento y la comprensión de estos fenómenos para conseguir el despliegue óptimo de esta tecnología. Figura 6.2. Mecanismo de biodegradación en biofiltros percoladores El material de relleno proporciona el área necesaria para la fijación de la biopelícula y el contacto líquido-gas. Durante el tratamiento, la fase acuosa es reciclada de arriba abajo a través de la columna. Proporciona humedad, nutrientes minerales para el proceso y un medio para el control del pH y otros parámetros. En general, la mayor parte del contaminante es degradado en la biopelícula, si bien es cierto que parte del mismo puede degradarse en el líquido recirculado a partir de los microorganismos presentes en suspensión. Es posible que algunos metabolitos resultantes del proceso de biodegradación abandonen el sistema mediante el líquido de purga junto con pequeñas cantidades de biomasa. Normalmente, menos del 10% del carbono contaminante que entra en el sistema sale con la purga. Los biofiltros percoladores funcionan gracias a la acción de de microorganismos aerobios heterótrofos que usan el contaminante como fuente de carbono y energía. No obstante, el biofiltro alberga una amplia variedad de microorganismos, similares a los que se encontrarían en operaciones de tratamiento de aguas residuales. Los microorganismos encargados de la biodegradación en los biofiltros percoladores son fundamentalmente aerobios puesto que este tipo de equipos son sistemas bien aireados. Sin embargo, las partes más profundas del equipo, donde probablemente Memoria descriptiva 22 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz prevalezcan condiciones anaerobias, podrían ser utilizadas para biodegradaciones anaerobias. No obstante, operaciones anaerobias en biofiltros percoladores es un campo aún en investigación. La microbiología del proceso de degradación del contaminante viene representada por las siguientes reacciones: Tal como muestra la figura 6.2, una parte de la biopelícula se vuelve inactiva a medida que la biomasa crece debido a limitaciones en la transferencia de materia. En esta situación, los degradantes (microorganismos) primarios constituyen una minoría en la población total de la biopelícula. Degradantes secundarios alimentándose de metabolitos, biopolímeros, o predadores consumiendo degradantes primarios incluyen bacterias, fungi y organismos superiores tales como protozoos, rotíferos, larvas y gusanos. Los organismos superiores juegan un papel importante en el proceso, reduciendo la tasa de acumulación de biomasa y reciclando nutrientes inorgánicos esenciales. 6.2.-Factores que afectan a la eficacia del proceso. Al ser un proceso que combina microorganismos y procesos de transferencia de materia, son muchos los factores que pueden influir en la eficacia de operación. A continuación se describen algunos de estos factores. Memoria descriptiva 23 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Biodegradabilidad del contaminante: contaminantes cuya biodegradabilidad sea baja provocan bajas eficacias de eliminación y mayores períodos de adaptación por parte de los microorganismos. Accesibilidad del contaminante al microorganismo: para que el microorganismo lleve a cabo la degradación del contaminante, éste debe llegar a él. De esta forma, el contaminante debe: 1) Difundir desde el gas al líquido. 2) Difundir del líquido a la biopelícula. La facilidad del contaminante para difundir en el líquido viene descrita por la constante de Henry, parámetro que se incluye en la ecuación conocida como la ley de Henry, la cual viene dada por: donde p es la presión parcial del contaminante en la fase gas (Pa), CW es la concentración de equilibrio del contaminante en la fase líquida (mol/L) y H es la constante de Henry (Pa·L/mol). En general, la eficacia de eliminación de un biofiltro disminuye a medida que aumenta la constante de Henry, ya que altas constantes de Henry indican poca solubilidad del contaminante en el líquido. Limitaciones en la transferencia de masa como éstas llevan a una biopelícula no completamente saturada de contaminante, de forma que los valores de concentración están por debajo de aquellos requeridos para obtener una máxima actividad microbiológica. Material de relleno: muchos tipos diferentes de relleno han sido utilizados en biofiltros percoladores y es ésta un área aún en investigación. El relleno ideal debería combinar una gran porosidad para minimizar la pérdida de carga a lo largo del reactor con una alta superficie específica para maximizar la fijación de la biopelícula y la transferencia de contaminante. Condiciones de reacción: el pH, concentración de nutrientes y metabolitos afectan a la actividad microbiana. Estos parámetros pueden ser fácilmente controlados directamente en el líquido recirculado. 6.3.-Control del crecimiento de la biomasa. El crecimiento de la biomasa puede provocar la colmatación del lecho, lo cual resulta en un incremento en la pérdida de carga. Además, conforme se disminuye la Memoria descriptiva 24 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz superficie específica el contacto gas-líquido es más pobre, con lo cual el proceso global pierde eficacia. El crecimiento de la biomasa ha sido estudiado en cultivos discontinuos y en cultivos continuos con una sola especie de microorganismo. La situación es mucho más complicada en biofiltros percoladores, donde se desarrollan complejos ecosistemas. Este es uno de los mayores problemas del biofiltro percolador y es aún tema de investigación. La tasa de crecimiento de biomasa en el biofiltro percolador, despreciando las heterogeneidades del sistema y los efectos de transferencia de materia, puede expresarse mediante la siguiente ecuación: donde: μi: velocidad específica de crecimiento. di: muerte y lisis celular. Xi: biomasa activa. Teniendo en cuenta la anterior expresión se deducen posibles métodos para el control del crecimiento de la biomasa. Algunos de estos métodos se describen brevemente. Reducir la velocidad específica de crecimiento (μi): para ello puede limitarse el aporte de nutrientes esenciales para el crecimiento (N y K), el uso de nitrato en vez de amonio como fuente de nitrógeno, la adición de compuestos tales como NaCl en concentraciones inhibitorias del crecimiento microbiano, etc. Estas estrategias resultan en una reducción de la actividad microbiana, con lo cual provocan también una reducción en la eficacia del proceso. Otra opción interesante es el uso de microorganismos con valores más bajos de velocidades de crecimiento. Estimular la predación: consiste en estimular el crecimiento de organismos superiores tales como protozoos, larvas u otros organismos depredadores de biomasa. Esta estrategia no implica reducción en la eficacia del proceso. El mayor problema es la dificultad para el control de estos organismos superiores. Eliminación del exceso de biomasa: esto puede hacerse de forma física o química. De forma física puede realizarse mediante el lavado del reactor, de forma que la propia fuerza del agua arrastre consigo biomasa, o también mediante el agitado del lecho de forma periódica. La estrategia química consiste en reciclar una solución química a lo largo del lecho durante un tiempo determinado, de forma que ésta mate a los microorganismos. Memoria descriptiva 25 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz La tabla 6.1 resume las posibles técnicas para la eliminación de biomasa en exceso en biofiltros percoladores. Tabla 6.1. Estrategias para la eliminación de biomasa en exceso. OPCIÓN Fluidización del lecho. Agitación periódica. VENTAJAS Tratamiento suave. Provoca la redistribución del lecho, evitando así la formación de caminos preferenciales. Bajo coste de operación. Fácil de automatizar. Lavado químico Eliminación de biomasa efectiva. No requiere la modificación del reactor. DESVENTAJAS Requiere un lecho que pueda ser fluidizado. Requiere grandes reactores ara llevar a cabo la fluidización. Requiere un diseño de reactor más complejo. Alto coste de inmovilizado. No es viable para cualquier lecho. Tóxico para los microorganismos. Se genera un residuo líquido secundario. Es importante destacar que todas las estrategias de control de la biomasa han sido investigadas en el laboratorio y no existen datos a escala industrial. Esto es debido a que la mayoría de biofiltros percoladores han sido diseñados para aplicaciones con bajo potencial de colmatación. En el futuro, el diseño y operación de biofiltros percoladores necesitará encontrar el óptimo entre la operación de grandes reactores de baja eficacia que no requieren eliminación de biomasa y pequeños pero efectivos reactores con alto potencial de colmatación. La tendencia actual sugiere que la última opción será normalmente la elegida. Memoria descriptiva 26 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 7. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PROPUESTO. La corriente de aire contaminado se impulsa a un caudal volumétrico de 500 m /h. En funcionamiento normal toda la corriente irá dirigida al biofiltro percolador y será alimentada en la parte inferior del mismo. Al mismo tiempo, el medio es alimentado a la columna en su parte superior donde, mediante un distribuidor de líquido, desciende a lo largo de la misma. Este líquido se recoge en la parte inferior de la columna debajo del relleno y es recirculado de nuevo a la parte superior de la misma mediante una bomba. El aire tratado sale por la parte superior de la torre. 3 Durante el funcionamiento del biofiltro, existe un cierto nivel de líquido en el fondo de la columna, el cual se recircula de nuevo a la misma. A lo largo de la operación, el nivel irá descendiendo debido a pérdidas por evaporación hasta que no quede nada que recircular. Antes de llegar a esta situación indeseable será necesario alimentar medio de cultivo de nuevo a la columna, el cual se tomará desde un depósito instalado para tal fin. El punto de inyección será en la propia tubería de recirculación. Se instalará un sensor-transmisor de concentración de COVs a la salida del biofiltro para comprobar que se está bajo los límites de emisión que la legislación impone (TLV-TWA, ver tablas 8.1. y 8.2.). En el caso en que los que los niveles de concentración de contaminantes a la salida estén por encima de los límites exigidos, lo cual podría ocurrir en casos donde las concentraciones de contaminantes a la entrada fuesen mucho más grandes que aquellas para las cuales el biofiltro ha sido diseñado (picos de concentración en períodos de tiempo determinados), se enviará la mitad de la alimentación a la columna de adsorción de carbón activado para así aumentar el tiempo de residencia del aire en el biofiltro y aumentar su eficacia de nuevo. Habrá un depósito de NaOH para alimentación al agua de recirculación del biofiltro para cuando el pH disminuya a 5,8. También se instalará una tubería de drenaje en la columna para casos en los que sea necesario deshacerse de líquido de recirculación. Esto podría ser necesario en casos en los que el nivel de líquido en el fondo de la columna superase su máximo establecido. Memoria descriptiva 27 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 7.1. Esquema general de la planta. Memoria descriptiva 28 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 8. CONTAMINANTES. 8.1.-Acetona. 8.1.1.-Propiedades. La acetona es una sustancia química que se encuentra naturalmente en el medio ambiente y que también es producida en forma industrial. Se encuentra normalmente en el cuerpo humano a bajas concentraciones como consecuencia de la degradación de las grasas; el cuerpo la utiliza en procesos que crean azúcar y grasas. Figura 7.1. Molécula de acetona La siguiente tabla recoge algunas de las propiedades más importantes de la acetona. Tabla 8.1. Propiedades de la acetona PROPIEDAD Peso molecular Estado físico Punto de fusión Punto de ebullición (a 1 atm) Densidad (a 20 ºC) Umbral de detección: Agua Aire 100% detección Solubilidad Agua a 20ºC Disolventes orgánicos Presión de vapor (a 20 ºC) Constante de Henry ( a 25 ºC) Temperatura de autoignición Punto de inflamación Límites de explosividad Límites de inflamabilidad (en aire a 25 ºC) Factor de conversión (en aire a 25 ºC) Límites de exposición Memoria descriptiva INFORMACIÓN 58,08 Líquido -93,35 ºC 56,2 ºC 0,78998 g/mL REFERENCIA Riddick et al. 1986 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 Riddick et al. 1986 20 ppm (w/v) 13-20 ppm (v/v) 100-140 ppm Amoore and Hautala 1983 Amoore and Hautala 1983 Hellman and Small 1974 Completamente miscible Soluble en benceno y etanol 181,72 mmHg 4,26·10-5 atm·m3/mol 465 ºC -20 ºC 2,6 - 12,8% en aire (v/v) HSDB 1992 HSDB 1992 Riddick et al. 1986 Rathbun and Tai 1987 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 2,15 - 13% HSDB 1992 1 ppm = 2,374 mg/m3 TLV-TWA: 500 ppm TLV-STEL: 750 ppm HSDB 1992 INSHT 29 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 8.1.2.-Usos y aplicaciones. El principal uso de la acetona es el de disolvente. De hecho, prácticamente una tercera parte de toda la acetona que se produce en el mundo va destinada a este uso. En laboratorios se utiliza para limpiar material y como reactivo en determinadas reacciones orgánicas. También presenta usos domésticos tales como removedor de esmalte de uñas y pegamento. En la industria se utiliza como reactivo en la producción de metil metacrilato y bisfenol A. 8.1.3.-Fuentes. La acetona entra al aire, al agua y al suelo como resultado de procesos naturales y de la actividad humana. Esta sustancia química ocurre naturalmente en las plantas, los árboles, los gases volcánicos y los incendios forestales. Las personas y los animales exhalan la acetona producida por la degradación natural de la grasa del cuerpo. También se libera la acetona durante su producción y uso, a través del humo del tabaco y de los gases de los tubos de escape de los automóviles, de los vertederos de basura y de la incineración de cierta clase de materiales de desecho. En el suelo, los niveles de acetona aumentan debido principalmente a los desechos que contienen esta sustancia química y que se entierran en vertederos de basura. 8.1.4.-Procesos que sufre a la entrada al medio ambiente. La acetona está presente como gas en el aire. Algunas cantidades de acetona en el aire se pierden cuando reaccionan con la luz solar y otras sustancias químicas. La lluvia y la nieve también eliminan cantidades pequeñas de acetona de la atmósfera y durante este proceso, la depositan en la tierra y el agua. En cualquier momento, aproximadamente la mitad de la acetona presente en condiciones atmosféricas típicas habrá desaparecido en 22 días. Los microorganismos en el agua eliminan algunas cantidades de acetona de la misma. Ciertas cantidades de la acetona presente en el agua se evaporarán al aire. Aproximadamente la mitad de la acetona que hay en una corriente de agua será eliminada del agua en menos de un día. Los peces no acumulan en sus cuerpos la acetona que hay en el agua. Los microorganismos presentes en el suelo eliminan parte de esta sustancia química de los suelos. Ciertas cantidades desaparecen del suelo debido a la evaporación. El agua de lluvia y la nieve derretida disuelven la acetona y la transportan más profundamente desde el suelo hacia las aguas subterráneas. 8.1.5.-Fuentes de exposición. La exposición a la acetona puede deberse a la respiración del aire, toma de agua y consumo de alimentos que contengan esta sustancia. También puede estar expuesto por entrar en contacto con sustancias químicas utilizadas en el hogar que Memoria descriptiva 30 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz contienen acetona. Varios productos para el consumidor contienen acetona. Entre estos productos se incluyen algunos removedores de esmalte de uñas, láminas de madera prensada (aglomerados), algunos removedores de pintura, muchas ceras o esmaltes líquidos o en pasta y ciertos detergentes o limpiadores. El contacto con el alcohol isopropílico es una fuente de exposición a la acetona, ya que el organismo la produce a partir del mismo. Los niveles de acetona en el aire y el agua son generalmente bajos. Las cantidades de acetona presentes en el aire de las ciudades son, por lo general, mayores que en las áreas remotas y rurales. El nivel de acetona en el aire interior de las casas es por lo general levemente mayor que en el aire exterior. Esto es debido al uso de sustancias químicas para el hogar al interior de las viviendas. La acetona presente en el agua potable es tan baja que sus niveles no han sido detectados en muchas muestras. Las personas que trabajan en ciertas industrias que procesan y usan acetona pueden estar expuestas a niveles más altos que la población general. Estas industrias incluyen ciertas fábricas de pinturas, plásticos, fibras artificiales y zapatos. Los pintores profesionales y los limpiadores comerciales y del hogar también tienen la probabilidad de respirar o tocar concentraciones de acetona mucho más altas que la población general. Como miembro del público en general, la exposición de acetona es mayor para personas fumadoras, aquellas que utilizan removedor de esmalte de uñas, personas que viven cerca de vertederos, aquellas que viven cerca de calles congestionadas (debido a que los gases de escape de los automóviles contienen acetona) u otras instalaciones industriales tales como incineradores. La exposición proveniente de estas fuentes se dará principalmente por respirar aire que contiene acetona o por entrar en contacto con esta sustancia a través de la piel. 8.1.6.-Efectos sobre la salud. El torrente sanguíneo absorbe la acetona rápida y completamente a través de los pulmones y el estómago. El torrente sanguíneo también puede absorber la acetona de la piel, pero en forma menos rápida que lo hace desde los pulmones y el estómago. La sangre transporta la acetona a todos los órganos del cuerpo, pero no permanece ahí durante mucho tiempo. El hígado degrada la acetona en sustancias químicas que no son perjudiciales. El cuerpo utiliza estas sustancias químicas para producir glucosa (azúcar) y grasas que generan energía para realizar las funciones normales del cuerpo. No toda la acetona que entra al cuerpo proveniente de fuentes exteriores se degrada. Las cantidades que no son degradadas salen del cuerpo principalmente en el aire que se exhala. Solamente una pequeña cantidad de acetona que no se degrada Memoria descriptiva 31 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz sale del cuerpo a través de la orina. La acetona que no se utiliza para producir azúcar sale del cuerpo en unos cuantos días a través de la orina y del aire exhalado. La cantidad de acetona que entra y sale del cuerpo depende de la cantidad y duración de la exposición. La acetona saldrá más lentamente del cuerpo entre mayor sea la concentración de acetona y la duración de la exposición, pero casi toda la acetona saldrá del cuerpo en un lapso de 3 días después de acabarse la exposición. La mayor parte de la información sobre la forma en que la acetona afecta a la salud humana proviene de exámenes médicos realizados a los trabajadores durante un solo día laboral; de experimentos de laboratorio realizados en seres humanos expuestos a la acetona en el aire durante unos cuantos días; y de los casos de personas que han ingerido pegamento a base de acetona o removedor de esmalte de uñas. Los resultados demuestran la peligrosidad que esta sustancia puede entrañar a la salud humana a la hora de largas exposiciones a altas concentraciones. La siguiente tabla recoge los efectos perjudiciales encontrados en personas expuestas a la acetona. Tabla 8.2. Efectos de la acetona sobre la salud A corto plazo Irritación de mucosas, ojos y nariz. Eritemas. Lesiones transitorias de córnea. A largo plazo Náuseas y vómitos. Mareos. Dolor de cabeza. Opresión en el pecho. Inquietud. Pérdida de la conciencia 8.2.-Estireno. 8.2.1.-Propiedades. El estireno es un líquido incoloro de olor dulce que se evapora fácilmente. A menudo contiene otras sustancias químicas que le otorgan un olor penetrante desagradable. Figura 8.2. Molécula de estireno Memoria descriptiva 32 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz En la siguiente tabla se recogen las propiedades más importantes de esta sustancia. Tabla 8.3. Propiedades del estireno PROPIEDAD Peso molecular Estado físico Punto de fusión Punto de ebullición (a 1 atm) Densidad (a 20 ºC) Olor Umbral de detección: Agua Aire 100% detección Solubilidad Agua a 25ºC Disolventes orgánicos Presión de vapor (a 20 ºC) Constante de Henry ( a 25 ºC) Temperatura de autoignición Punto de inflamación Límites de explosividad Límites de inflamabilidad (en aire a 25 ºC) Factor de conversión (en aire a 25 ºC) Límites de exposición INFORMACIÓN 104,15 Líquido -31 ºC 145 0,9060 g/mL Aromático REFERENCIA HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 0,73 ppm 0,047 ppm 0,15 - 25 ppm HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 310 mg/L Tolueno, etanol, n-heptano, tetracloruro de carbono... 5 mmHg 0,00275 atm·m3/mol 490 ºC 34,4 ºC 1,1 - 6,1% HSDB 1992 HSDB 1992 0,9 - 6,8% HSDB 1992 1 ppm = 4,26 mg/m3 TLV-TWA: 20 ppm TLV-STEL: 40 ppm HSDB 1992 INSHT HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 HSDB 1992 8.2.2.-Usos y aplicaciones. El estireno se usa extensamente en la manufactura de plásticos y caucho. Entre los productos que contienen estireno se incluyen material aislante, fibra de vidrio, cañerías de plástico, partes de automóviles, zapatos, copas para beber y envases para alimentos y el reverso de alfombras. La mayoría de estos productos contienen moléculas de estireno unidas formando cadenas largas (poliestireno) como también estireno sin formar cadenas. 8.2.3.-Fuentes. Aparte del estireno producido industrialmente, también se encuentran cantidades pequeñas de estireno en forma natural en una variedad de alimentos tales como frutas, hortalizas, nueces, bebidas y carnes. Además, cantidades pequeñas de estireno pueden ser transferidas a los alimentos desde material para empacar fabricado en base a esta sustancia. Memoria descriptiva 33 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 8.2.4.-Procesos que sufre a la entrada al medio ambiente. El estireno se puede encontrar en el aire, el agua y el suelo luego de ser liberado durante la manufactura, uso y disposición de productos que lo contienen. En el aire, es degradado rápidamente, generalmente en 1 ó 2 días. Se evapora desde suelos poco profundos y desde agua de superficie. El estireno que permanece en el suelo o el agua puede ser degradado por bacterias u otros microorganismos. 8.2.5.-Fuentes de exposición. La exposición al estireno puede darse mediante cualquiera de las siguientes situaciones: Respirando aire puertas adentro contaminado con vapores de estireno que provienen de materiales de construcción, humo de cigarrillo o del uso de máquinas fotocopiadoras. Respirando gases del tubo de escape de automóviles. Respirando aire contaminado en el trabajo o a través de contacto de la piel con estireno líquido y resinas. Tomando agua contaminada o bañándose en ella Viviendo cerca de industrias o de sitios de desechos peligrosos. Fumando cigarrillos o comiendo alimentos empacados en envases de poliestireno 8.2.6.-Efectos sobre la salud. Respirar niveles altos de estireno (más de 1000 veces más altos que los que se encuentran normalmente en el ambiente), puede afectar el sistema nervioso y causar alteraciones tales como fatiga, sensación de embriaguez, reacciones lentas, dificultad para concentrarse y alteraciones del equilibrio y de la visión de color. En animales expuestos a niveles muy altos de estireno se ha observado pérdida de la audición. En animales expuestos a niveles altos de estireno también se han observado alteraciones en el interior de la nariz y daño del hígado; sin embargo, los animales parecen ser más sensibles a estos efectos que los seres humanos. La tabla 8.4. recoge los efectos que esta sustancia tiene sobre la salud de las personas. Memoria descriptiva 34 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Tabla 8.4. Efectos del estireno sobre la salud. A corto plazo Irritación de mucosas y ojos. Desórdenes gastrointestinales. Memoria descriptiva A largo plazo Debilidad. Dolor de cabeza. Depresión. Pérdida de capacidad auditiva. Patologías neurológicas crónicas. Problemas respiratorios. 35 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 9. MATERIAS PRIMAS. 9.1.-Características del aire a tratar. Las características del aire contaminado a tratar son las siguientes: Caudal volumétrico (a 20ºC y 1 atm): 500 m3/h. Concentración de acetona: 50 mg/m3 aire. Concentración de estireno: 250 mg/m3 aire. Temperatura media: 20ºC Presión: 1 atm. Densidad: 1,2 kg/m3. Humedad relativa media: 60%. Viscosidad: 1,8·10-5 kg·m-1·s-1. Peso molecular promedio: 29 g/mol. 9.2.-Material de relleno. El material de relleno que se utilizará es el anillo Pall de polipropileno de tamaño 5 cm. Se ha elegido este tipo de relleno puesto que fue el utilizado en la experiencia en la cual el diseño del biofiltro se basa (Gerrard et al. 2010). Figura 9.1 Anillos Pall de polipropileno. Este material, ampliamente utilizado en procesos de absorción, elimina los defectos de los anillos Rasching en cuanto a eficacia gracias a su forma y geometría. Además, el polipropileno es resistente a las soluciones acuosas de sales inorgánicas, así como a casi todas las bases y ácidos inorgánicos, incluso a altas concentraciones y temperaturas superiores a los 60ºC. Memoria descriptiva 36 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 9.3.-Inóculo. El microorganismo que lleva a cabo la biodegradación es el hongo Sporothrix variecibatus. La eficacia de este microorganismo en la degradación de acetona y estireno ha sido probada (Rene et al. 2010). Figura 9.2. Micrografía de Sporothrix variecibatus adherido a un soporte de perlita. La cepa se obtendrá de un biofiltro de laboratorio. 9.4.-Medio de cultivo. La composición del medio de cultivo necesaria para el desarrollo del Sporothrix variecibatus es la siguiente (Rene et al. 2010): Tabla 9.1. Composición del medio de cultivo. COMPUESTO KH2PO4 K2HPO4 NH4Cl MgSO4·7H2O CONCENTRACIÓN (g·L-1) 4,5 0,5 2 0,1 CONCENTRACIÓN (mol·L-1) 3,30·10-2 2,87·10-3 3,37·10-2 4,06·10-4 El pH de esta solución es de 5,9 y debe mantenerse en ese valor. Memoria descriptiva 37 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 10. EQUIPOS, RED DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS. 10.1.-Biofiltro percolador. El biofiltro percolador es el corazón de la planta, ya que es el equipo que realiza el tratamiento de la corriente de aire contaminado. En el Anexo III se encuentran los cálculos y consideraciones realizadas en el diseño del mismo. El material de construcción es el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Consiste en una torre cilíndrica de 5 mm de espesor con fondo plano y techo toriesférico. Dispone de las siguientes bridas en la carcasa: Dos bocas de hombre de DN 400 mm para introducción y descarga del material de relleno. Una brida de conexión de DN 5'' para conexión con la tubería de aire contaminado. Tres bridas de DN 1,25'' para conexión con tuberías de recirculación y drenaje. Una brida de DN 3/4'' para la inserción del transmisor de pH. Tres bridas de DN 1'' para la inserción de los transmisores de nivel. Una brida de DN 3/8'' para conexión con la tubería de NaOH. En el interior existe un plato de soporte para el lecho de partículas, un distribuidor de líquido para el medio de cultivo entrante y un separador de gota. En los planos 1 y 2 se aprecia el aspecto de la columna, detallándose todas las medidas necesarias para la construcción. 10.2.-Soplante. Es el equipo encargado de impulsar el aire al biofiltro y, en su caso, al equipo de adsorción. Los cálculos realizados para su elección se encuentran en el Anexo VIII. El equipo elegido tiene las siguientes características. Memoria descriptiva 38 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 10.1. Soplante. Empresa proveedora Modelo Tipo de motor Presión estática máxima Caudal volumétrico máximo Potencia Peso Air control industries Multistage MS11/168 Inducción 5900 Pa 730 m3/h 0,5 CV 15 kg. 10.3.-Bombas. Se dispondrán dos bombas centrífugas para la impulsión de medio de recirculación y auxiliar. Para la inyección de NaOH para regulación del pH se utilizará una bomba dosificadora electromecánica de pistón. Los cálculos realizados para la elección de las mismas se encuentran en el Anexo IX. Algunas de las características de las bombas elegidas son las siguientes. BOMBA DE MEDIO DE CULTIVO AUXILIAR Empresa proveedora Salvador Escoda S.A. Modelo EB 20 144 CEA 210/3 Material Acero INOX Presión máxima de trabajo 8 bar Temperatura de trabajo -10 a 80ºC Caudal máximo 18 m3/h Altura máxima de impulsión 21,5 m Potencia 1,5 CV Memoria descriptiva 39 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 10.2. Bomba centrífuga para el medio de cultivo auxiliar. BOMBA DE RECIRCULACIÓN Empresa proveedora Salvador Escoda S.A. Modelo EB 10 002 MS 07 Material Acero INOX Máxima aspiración 7 m.c.a. Temperatura de trabajo -10 a 80ºC Caudal máximo 4,8 m3/h Potencia 0,7 CV Figura 10.3. Bomba para recirculación de medio de cultivo. BOMBA DOSIFICADORA DE NaOH Empresa proveedora DOSIM Modelo BM Tipo de bomba Bomba electromecánica de pistón Carrera 10 Pistón 10 Material PVC Caudal máximo 2,8 L/h Conexiones PVC Brida 3/8" Memoria descriptiva 40 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 10.4. Bomba dosificadora de NaOH. 10.4.-Columna de adsorción por carbón activado. En el anexo V se encuentra la estimación de la cantidad de carbón y dimensiones necesarias de la columna de adsorción para una operación ininterrumpida durante dos meses. Las principales características del modelo elegido (figura 10.5.) se encuentran en la siguiente tabla. Modelo Empresa Equipo Flujo máximo permitido Cantidad de carbón Diámetro Altura Material de construcción Peso Memoria descriptiva G-6 Carbtrol® Adsorbedor de vapores por carbón activo 1020 m3/h 906 kg 1,156 m 2,235 m Acero suave con recubrimiento hepóxico 1214 kg 41 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 10.5. Sistema de adsorción por carbón activado. 10.5.-Depósitos auxiliares. En la planta se instalarán dos depósitos auxiliares para el almacenamiento de medio de cultivo auxiliar para el control de nivel y NaOH para el control del pH en el biofiltro. Se ha elegido un modelo de depósito de la empresa AIQSA (figura 10.6.). Figura 10.6. Depósitos auxiliares. Memoria descriptiva 42 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Se pedirán dos depósitos con las características especificadas en la siguiente tabla: CARACTERÍSTICAS Modelo Material Capacidad Altura Diámetro Elementos opcionales DEPÓSITO DE MEDIO DE DEPÓSITO DE NaOH CULTIVO Depósitos tipo A-PP Polipropileno PPH 1000 L 140 L 1500 mm 750 mm 955 mm 488 mm Brida para unión Brida para unión con la tubería de con la tubería de succión (DN = 2"). succión (DN = 1/2"). Brida para la inserción del sensor Brida para la de nivel (DN 1"). inserción del sensor de nivel (DN 1"). Agitador mecánico. 10.6.-Tuberías y accesorios. En la planta existen cuatro redes de tuberías (Figura 10.7.). 1. 2. 3. 4. Tuberías para la conducción del aire. Tuberías para la conducción del medio de cultivo de recirculación y auxiliar. Tubería para la dosificación del NaOH. Tubería para el drenaje. Figura 10.7. Esquema de la red de tuberías. Memoria descriptiva 43 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Las características de las tuberías de cada red vienen dadas en la siguiente tabla: CARACTERÍSTICAS Material Cédula Diámetro nominal Accesorios CARACTERÍSTICAS Material Cédula Diámetro nominal RED MEDIO DE CULTIVO PVC 80 1,25'' Un codo PVC 45º de unión roscada (DN 1,25''). Una té 90º PVC de unión roscada (DN 1,25''). DOSIFICACIÓN DE NaOH PVC 80 3/8'' RED AIRE PVC 80 5'' Una Té 90º PVC de unión roscada (DN 5''). DRENAJE PVC 80 1,25'' Figura 10.8. Codo de 45º y té de 90º. 10.7.-Válvulas. En la tubería que conduce el medio auxiliar desde el depósito hasta su unión con la tubería de recirculación se instalará una válvula antirretorno. Figura 10.9. Válvula antirretorno. Memoria descriptiva 44 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz En las tuberías que conducen el aire a los equipos se instalarán dos válvulas de mariposa motorizadas, una para la entrada del aire en el biofiltro y otra para la entrada en la columna de adsorción. Figura 10.10. Válvula de mariposa motorizada. En la tubería de drenaje se instalará una válvula de solenoide normalmente cerrada como la que se muestra en la figura 10.11. Figura 10.11. Válvula de solenoide. La siguiente tabla muestra algunas de las características de las válvulas elegidas. CARACTERÍSTICAS Tipo de válvula Empresa Diámetro nominal Tipo de unión Material Memoria descriptiva TUBERÍA MEDIO DE CULTIVO AUXILIAR Válvula antirretorno TUBERÍA DE AIRE TUBERÍA DE DRENAJE Válvula de mariposa motorizada AIQSA 1,25'' Roscada PVC Salvador Escoda 5'' Brida Hierro Válvula de solenoide normalmente cerrada. AIQSA 1,25" Roscada PVC 45 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 11. SISTEMA DE CONTROL Y DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN. 11.1.-Variables en el proceso y estrategia de control. En el proceso existen nueve variables a medir: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Caudal de aire a la entrada. Caudal de aire dirigido a la columna de adsorción. Caudal de recirculación. Nivel de líquido en el biofiltro. Nivel de líquido en el depósito auxiliar. Nivel de líquido en el depósito de NaOH. pH del líquido en el biofiltro. Concentración de contaminantes a la entrada. Concentración de contaminantes a la salida. Las variables a controlar en el proceso son: Nivel de líquido en el biofiltro. pH en el líquido del biofiltro. Concentración de contaminantes a la salida. Nivel de líquido en el depósito auxiliar. Nivel de líquido en el depósito de NaOH. El control de las tres primeras variables citadas se realizará de forma automática, de forma que en situación normal no tendrá que intervenir ningún operario. Para ello se dispondrá de un PLC (controlador lógico programable, por sus siglas en inglés) en la planta. El PLC es un ordenador que se utiliza para la automatización de procesos electromecánicos en industrias. El funcionamiento es muy sencillo. El PLC recibe las señales provenientes de los sensores-transmisores instalados para medir las variables determinadas. El ordenador llevará programado unos algoritmos determinados para cada entrada que reciba según los cuales emitirá señales de salida proporcionales que llegarán a los actuadores para mantener la variable controlada en el valor deseado. Memoria descriptiva 46 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 11.2.-Variables a controlar de forma automática. 11.2.1-Control del pH. La biodegradación de acetona y estireno da productos que provocan el descenso del pH en el agua de recirculación, principalmente HCl. El microorganismo responsable de la biodegradación desarrolla su máxima actividad a un pH de 5,9 (valor del pH del medio de cultivo). Se trabajará a pH constante en un rango de 5,8 a 6. Para el control automático del pH en el medio de recirculación, se colocará un transmisor de pH en el fondo del biofiltro. El PLC llevará programado un algoritmo de control tal que si el pH desciende a 5,8 emitirá una señal eléctrica y provocará el encendido de la bomba de NaOH. Cuando el pH vuelva a su valor de consigna (pH = 6) el PLC provocará el apagado de la bomba. Si el pH subiera a más de 6, lo cual ocurriría tras una adición de NaOH excesiva, se encendería la bomba de drenaje para eliminar líquido, el cual sería remplazado con medio de cultivo del depósito auxiliar, con el correspondiente descenso del pH en el líquido. Algunas especificaciones del transmisor de pH elegido (figura 11.1.) son las siguientes: Modelo Empresa Salida analógica Rango Sensibilidad Longitud de sonda Máxima velocidad de líquido a medir Rosca de conexión PHETX-610 OMEGA 4 - 20 mA 0 a 14 pH 0,001 pH 7/8'' a 5'' 3 m/s 3/4'' NPT Figura 11.1. Transmisor de pH PHETX-610. Memoria descriptiva 47 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 11.2.2-Control del nivel de líquido en el fondo de la columna.. Se prevé que el nivel de líquido en el fondo de la columna descienda a consecuencia de las pérdidas por evaporación. Será necesario, por tanto, una reposición periódica de medio de cultivo para mantener el nivel en los valores adecuados. Para la reposición se utilizará medio de cultivo del depósito auxiliar, el cual se alimentará al sistema en la parte superior de la tubería de recirculación a un caudal de 16,5 m3/h (sección A.4.3.). Se instalará un sensor de nivel de flotador (figura 11.2.) en el fondo de la columna. Se han establecido distintos niveles admisibles para el líquido. 1. Nivel mínimo: 25 cm sobre el fondo. 2. Nivel de trabajo.: 40 cm sobre el fondo. 3. Nivel máximo: 55 cm sobre el fondo. Cuando el nivel de líquido llegue a 25 cm se encenderá la bomba de medio de cultivo auxiliar para el rellenado del fondo. Se apagará la misma cuando se alcance el nivel de trabajo de nuevo. Si el nivel subiera por hasta 55 cm se abriría el drenaje hasta alcanzar de nuevo los 40 cm. Algunas especificaciones del sensor elegido se citan a continuación: Modelo Empresa Tipo de sensor Tensión Potencia Temperatura Densidad Material Conexión a proceso Memoria descriptiva NFA-150-150 Maikontrol Sensor de nivel de flotador acodado 175 V DC / AC (pico) 20 W -20 a 130ºC 0,75 g/cm3 Aluminio Brida DN 1'' 48 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 11.2. Sensor de nivel NFA-150-150. 11.2.3.-Control de la concentración de contaminantes a la salida. La legislación vigente a la fecha de realización del presente proyecto establece que los valores de emisión de acetona y estireno a la salida del proceso deben mantenerse por debajo de 500 y 20 ppm, respectivamente. Se situarán tres transmisores de concentración de compuestos orgánicos volátiles (figura 11.3.): uno a la entrada del aire en el proceso para saber las concentraciones que entran, y los otros dos en las tuberías de salida de cada equipo para conocer cuánto contaminación se está emitiendo. Algunas especificaciones del transmisor elegido se citan a continuación: Modelo Empresa Alimentación Salida analógica Tiempo de respuesta (t90) Temperatura Humedad Contacto seco Tamaño Peso Montaje Memoria descriptiva RAEGuard PID Sensotran 9 - 36 VDC máx. 125 mA a 24 V 4 - 20 mA 40 segundos a 90% de lectura usando isobutileno -20 a 55ºC 0 a 95% de humedad relativa (sin condensación). Máx. 30 V, 2 A. 5'' L x 5'' An x 4,5'' Al. 2,5 kg. 2 orificios de 5,25'' de centro a centro. 49 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 11.3. Sensor de concentración de COVs. En el funcionamiento normal de la planta, todo el caudal de aire contaminado irá dirigido a la columna de biofiltración. No obstante, en el caso de que en algún momento la concentración de contaminantes a la salida del biofiltro superase los límites establecidos, el PLC provocará la apertura de la electroválvula de la tubería dirigida a la columna de adsorción para dividir la alimentación entre los dos equipos. 11.3.-Variables a controlar de forma manual. Los niveles de líquido en los depósitos de medio de cultivo y NaOH se mantendrán en valores adecuados de forma manual. Se instalarán sensores de nivel en cada depósito como el mostrado en la figura 11.2. Cuando el nivel de líquido en los depósitos descienda a 20 cm, eso quedará registrado en el PLC y se verá reflejado en el cuadro de control de la planta en forma de alarma. Los operarios de la planta se encargarán entonces de recargar los depósitos. 11.4.-Medición de caudales. En la planta existen tres medidores de caudales: dos para medir el caudal de gas que entra en cada equipo y una para medir el caudal de recirculación. 11.4.1.-Medición de caudal de aire. Para el caso de medición de caudales de gases, los caudalímetros más utilizados en la industria son los térmicos. Algunas de las características del modelo elegido (figura 11.4.) se citan a continuación: Memoria descriptiva 50 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Modelo Empresa Rango Conexión Fuente de alimentación Salida analógica t-mass 65I Endress + Hauser 29 a 2900 Nm3/h Brida DN 5'' 18 a 30 V 4 - 20 mA Figura 11.4. Medidor térmico del caudal de aire. 11.4.2.-Medición de caudal de medio de cultivo. En este caso se ha elegido un medidor de presión diferencial. Algunas especificaciones del caudalímetro (figura 11.5.) son: Modelo Empresa Presión máxima Conexión Salida analógica Pérdida de presión Memoria descriptiva DO65F40 Endress + Hauser 420 bar Brida DN 1,25'' 4 - 20 mA Despreciable 50 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 11.5. Medidor de caudal para el medio de cultivo. 11.5.-Variador de frecuencia para la soplante. Se instalará un variador de frecuencia para regular el caudal de aire entrante. Algunas especificaciones del variador de frecuencia elegido (figura 11.6.) son las siguientes: Modelo Empresa Potencia del motor Corriente de entrada (A) Corriente de salida (A) Memoria descriptiva 6SL3211-0AB13-7UA0 SIEMENS 0,5 CV 6,2 2,3 52 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 11.6. Variador de frecuencia. 11.6.-Elección del PLC. Para la elección del PLC adecuado para llevar a cabo el control del sistema es necesario conocer cuántas entradas analógicas van a entrar en el ordenador y cuántas digitales tienen que salir del mismo. La tabla 11.1 resume el número de entradas analógicas y salidas digitales en el proceso. Tabla 11.1. Salidas digitales y entradas analógicas en el proceso. CONTROL Número de transmisores implicados Señales analógicas al PLC Señales digitales emitidas por el PLC Elementos sobre los que actúa la señal emitida por el PLC Memoria descriptiva pH 1 Nivel en el biofiltro 1 Concentración 3 1 1 3 1 2 2 Bomba de NaOH Bomba de medio auxiliar y bomba de drenaje Electroválvulas 53 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz VARIABLE MEDIDA. Caudal de aire. Caudal de recirculación. Número de transmisores implicados. Señales analógicas al PLC. 2 2 Total señales analógicas al PLC 10 1 Nivel en depósito auxiliar. 1 Nivel en depósito de NaOH. 1 1 1 1 Total señales digitales emitidas por el PLC 5 Teniendo en cuenta los estos requerimientos se ha elegido un PLC (figura 11.6.) del cual se listan algunas especificaciones a continuación: Modelo Empresa CPU Entrada/salidas digitales/nº de canales vía módulos de ampliación Entradas/salidas analógicas/nº de canales vía módulos de ampliación Memoria de programas Memoria de datos Dimensiones (Largo x alto x ancho) Alimentación SIMATIC S7-200 Siemens 222' 48/46/94 16/8/16 4 kbytes 2 kbytes 90 x 80 x 62 mm 24 V DC Figura 11.6. PLC Simatic S7-200. Memoria descriptiva 54 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 11.7.-Casuística de control de la planta. La tabla 11.2 resume las posibles situaciones que pueden darse en la planta en cuanto al funcionamiento y control automático. Es importante resaltar que el control automático estará sujeto a aquellos cambios que el jefe de planta crea conveniente a fin de mejorar el funcionamiento de la planta. La tabla que se presenta resume las situaciones más probables que pueden ocurrir en el proceso diseñado, teniendo en cuenta las características del mismo. No obstante, no será hasta la puesta en práctica de la planta, análisis de funcionamiento y experiencia en la misma cuando se identifiquen las situaciones y problemas más frecuentes que pudiesen llevar a cambios en el sistema de control. Tabla 11.2. Situaciones probables en el funcionamiento y control de la planta. SITUACIÓN ACCIÓN AUTOMÁTICA DEL SISTEMA DE CONTROL El transmisor CT2 registra Apertura de la una concentración mayor a electroválvula EV2. 20 ppm. El transmisor CT2 registra una concentración menor Cierre de la válvula EV2. a 20 ppm durante 30 minutos, estando la válvula EV2 abierta. El transmisor de Cierre de la válvula EV1. concentración CT2 registra Alarma. una concentración mayor a 20 ppm, estando la válvula EV2 abierta. El transmisor de nivel LT1 Encendido de la bomba de registra una capacitancia medio auxiliar. indicante de un nivel de líquido 25 cm El transmisor de nivel LT1 Apagado de la bomba de registra un nivel de 40 cm medio auxiliar. cuando la bomba de medio auxiliar está en funcionamiento. El transmisor de nivel LT1 Apertura de la bomba de registra un nivel de líquido drenaje. de 55 cm. Memoria descriptiva ACTUACIÓN DEL PERSONAL DE LA PLANTA Inspección de la columna de biofiltración para determinar las causas de su mal funcionamiento. 55 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz El transmisor de nivel LT1 registra un nivel de 40 cm estando la bomba de drenaje en funcionamiento. El transmisor de pH registra un valor de 5,8 El transmisor de pH registra un valor de 6 estando la bomba de NaOH en funcionamiento. El transmisor de pH registra un valor mayor a 6. El transmisor de pH vuelve a registrar un valor de 6, estando las bombas de drenaje y medio de cultivo en funcionamiento. El transmisor de nivel LT4 registra un nivel de 20 cm en el depósito. El transmisor de nivel LT5 registra un nivel de 20 cm en el depósito. Memoria descriptiva Apagado de la bomba de drenaje. Encendido de la bomba de NaOH. Apagado de la bomba de NaOH. Encendido de las bomba de drenaje medio de cultivo. Apagado de las bombas de drenaje y medio de cultivo. Alarma. Rellenado manual del depósito. Alarma. Rellenado manual del depósito. 56 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura 11.7. Diagrama esquemático de control de la planta. Memoria descriptiva 57 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 12. SEGURIDAD E HIGIENE EN PLANTA. El trabajo, como toda actividad humana, es una fuente de riesgos somáticos y psíquicos. Debido a que se dedica al mismo una gran parte de la vida, es natural que influya sobre la salud. Al ser el trabajador un ser humano, integrante de una sociedad organizada y no sólo un factor de producción, existen razones de diversa índole que obligan a vigilar su salud. No sólo razones éticas, morales y humanas, sino también legales e incluso económicas. En el presente capítulo se identifican los riesgos a los que los trabajadores están expuestos por la presencia y funcionamiento de la planta diseñada. Se cita la legislación vigente a cumplir en términos de prevención de riesgos laborales y se dan las normas y procedimientos generales que deben ponerse en práctica durante el funcionamiento de la planta. Es importante resaltar que será en última instancia el director del Departamento de Seguridad de la propia fábrica en donde ésta planta sea instalada, el responsable de planificar, poner en práctica, verificar y tomar las decisiones pertinentes en cuanto a la seguridad de los trabajadores. Todo lo que en éste capítulo se incluye son generalidades obtenidas de las leyes. 12.1.-Disposiciones generales de seguridad. A fecha de la realización del presente proyecto, la normativa a aplicar para velar por la salud y seguridad de los trabajadores es la "Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales". Asimismo, a partir de esta ley se derivan una serie de normas reglamentarias que establecen las medidas mínimas que deben adoptarse para la adecuada protección de los trabajadores. Estas normas vienen recogidas en forma de Reales Decretos. La Ley establece deberes para los jefes de personal, trabajadores y terceros. De forma general, para los jefes de personal existen las siguientes obligaciones: Todos los jefes de personal que sean legalmente responsables de la provisión y conservación de los lugares de trabajo deberán asegurar que ellos estén construidos, equipados, instalados, explotados y dirigidos de tal manera que suministren una razonada y adecuada protección a sus trabajadores contra accidentes y daños a la salud. Tomarán las medidas para asegurar que los trabajadores reciban las instrucciones apropiadas referentes a los riesgos de sus ocupaciones respectivas y las precauciones necesarias para evitar accidentes y daños a la salud. Señalar a los trabajadores los riesgos a los cuales puedan estar expuestos. Memoria descriptiva 58 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Con una semana de antelación al comienzo de los trabajos de un establecimiento industrial, el jefe de personal notificará a la dirección de la planta el comienzo de las operaciones en dicho establecimiento. Dicha notificación contendrá una descripción del trabajo que se ha de realizar en el establecimiento industrial. La dirección de la planta será debidamente notificada siempre que cambie la naturaleza del trabajo en el establecimiento industrial. En todos los locales de trabajo se colocarán avisos indicando los deberes de los jefes de personal y trabajadores con respecto a las condiciones de seguridad e higiene, de manera que todos los trabajadores puedan tener conocimiento de ello. Se dispondrá de señales visuales y distintivas para indicar todos aquellos lugares donde pueda haber peligro. En cuanto a los trabajadores: Todo empleado deberá cooperar con el jefe de personal en el cumplimiento de las disposiciones generales de seguridad. Todo empleado pondrá inmediatamente remedio o informará seguidamente al jefe de personal o al capataz de cualquier defecto que observe en la fábrica o en los aparatos allí utilizados. Todo empleado hará uso de todos los resguardos, dispositivos de seguridad o demás aparatos proporcionados para su protección, o la de otras personas y obedecerá todas las instrucciones sobre seguridad procedentes o aprobadas por la dirección de la planta relacionadas con su trabajo. Ningún empleado intervendrá, cambiará, desplazará, dañará o destruirá los dispositivos de seguridad o demás aparatos proporcionados para su protección, o la de otras personas, y acatará los métodos o procedimientos adoptados con el fin de reducir al mínimo los riesgos inherentes a su ocupación, salvo cuando le sea ordenado por el jefe de personal o por su capataz responsable. Los deberes generales de las terceras personas vienen recogidos en los siguientes puntos: Los contratistas, arquitectos o individuos que construyan o renueven edificios que vayan a usarse como lugares de trabajo cumplirán con las disposiciones generales de seguridad. Los constructores, fabricantes o vendedores cumplirán con las disposiciones generales de seguridad en lo referente a la protección de máquinas, aparatos y recipientes, así como también al empaquetamiento y al marcado de sustancias inflamables, explosivas o tóxicas. Memoria descriptiva 59 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 12.2.-Riesgos específicos. En la planta diseñada en el presente proyecto, existen riesgos para los trabajadores relacionados con la exposición a agentes químicos y biológicos, exposición al ruido, riesgo eléctrico y riesgo de incendio. Existen normativas específicas basadas en la Ley 31/1995 que establecen las medidas a adoptar para la protección de los trabajadores ante los riesgos mencionados. 12.2.1.-Riesgo relacionado con la exposición a agentes biológicos. Como ya se indicó en el apartado 9.3, el microorganismo a utilizar en el proceso de biofiltración es el hongo Sporothrix variecibatus. La normativa vigente a aplicar a fecha de octubre de 2012 es el "Real Decreto 664/1997, de 12 de mayo, sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo". En este documento se define el concepto de agentes biológicos como "microorganismos, con inclusión de los genéticamente modificados, cultivos celulares y endoparásitos humanos, susceptibles de originar cualquier tipo de infección, alergia o toxicidad". Se clasifican en cuatro grandes grupos en función del riesgo de infección (Artículo 3): Agente biológico del grupo 1: aquél que resulta poco probable de causar enfermedad en el hombre. Agente biológico del grupo 2: aquel que puede causar una enfermedad en el hombre y puede suponer un peligro para los trabajadores, siendo poco probable que se propague a la colectividad y existiendo generalmente tratamiento eficaz. Agente biológico del grupo 3: aquél que puede causar una enfermedad grave en el hombre y presenta un serio peligro para los trabajadores, con riesgo de que se propague a la colectividad y existiendo generalmente tratamiento eficaz. Agente biológico del grupo 4: aquel que causando una enfermedad grave en el hombre supone un serio peligro para los trabajadores, con muchas probabilidades de que se propague a la colectividad y sin que exista generalmente un tratamiento eficaz. El Sporothrix variecibatus no se incluye en los grupos 2, 3 ni 4 que aparece en el Anexo II del RD. Esto no incluye su automática clasificación en el grupo 1, no obstante, hay constancia de estudios de biofiltración realizados con este hongo sin registrarse problemas de salud (Rene et al. 2010, Rene et al. 2011). De esta forma, considerándolo perteneciente al grupo 1, el RD establece que en cuanto a las "medidas de contención Memoria descriptiva 60 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz y a los niveles de contención para procesos industriales", "se observarán los principios de correcta seguridad e higiene profesional" (Anexo V). De forma general, estará prohibido comer, beber, fumar y almacenar alimentos u otros productos de consumo humano en el local de trabajo, salvo en lugares específicamente preparados para ello. El trabajador se lavará las manos después del contacto con animales o materiales y siempre antes de abandonar el puesto de trabajo. Está recomendada la utilización de monos de trabajo para prevenir la contaminación o suciedad de las prendas de la calle. Se comprobará periódicamente que no se han modificado las condiciones de exposición y que, por lo tanto, la evaluación de riesgos realizada siendo válida. Las instalaciones dispondrán de retretes y cuartos de aseo adecuados para el uso de los trabajadores, que incluyan productos para la limpieza ocular y antisépticos para la piel. Asimismo, se habilitará un lugar determinado para el almacenamiento adecuado de los equipos de protección y verificar que se limpian y se comprueba su buen funcionamiento, si fuera posible con anterioridad y, en todo caso, después de cada utilización, reparando o sustituyendo los equipos defectuosos antes de un nuevo uso. Al salir de la zona de trabajo, los trabajadores se quitarán las ropas de trabajo y los equipos de protección personal que puedan estar contaminados por agentes biológicos y los guardarán en el lugar dispuesto a tal efecto, que no contendrá otras prendas, En la misma, se procederá al lavado, descontaminación y, en caso necesario, destrucción de la ropa de trabajo y los equipos de protección allí depositados, sin que estos elementos abandonen las instalaciones sin estar debidamente empaquetados. Será necesario hacer exámenes médicos a los trabajadores en los siguientes momentos: A intervalos regulares en lo sucesivo, con la periodicidad que los conocimientos médicos aconsejen, considerando el agente biológico, el tipo de exposición y la existencia de pruebas eficaces de detección precoz. Cuando sea necesario, por haberse detectado en algún trabajador, con exposición similar, una infección o enfermedad que pueda deberse a la exposición a agentes biológicos. 12.2.2.-Riesgo relacionado con la exposición a agentes químicos. Se aplicará el "Real Decreto 374/2001, de 6 de abril, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes Memoria descriptiva 61 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz químicos durante el trabajo". En la planta no existe una manipulación directa de productos químicos por parte de los operarios, así que no será necesario tomar medidas especiales. No obstante, deberán respetarse los siguientes puntos generales: Se proveerá de gafas de protección y mascarillas con filtros específicos por si se produce algún escape de contaminantes. Los suelos, techos y paredes tendrán las características necesarias que permitan una correcta limpieza y asimismo garanticen una total impermeabilización frente a agentes químicos que pudieran proyectarse, derramarse, etc. Se emplearán equipos e instalaciones lo más herméticos posible. Los equipos se seleccionarán e instalarán teniendo en cuenta la peligrosidad y características del agente que va a utilizarse y del entorno en que va a instalarse. Se instalarán sistemas de extracción localizada en aquellos lugares donde puedan producirse escapes. Se habilitará y recomendará el uso de instalaciones para la higiene personal antes de las comidas y al finalizar la jornada. Se reducirá al mínimo el número de trabajadores expuestos o que puedan estarlo, así como la duración e intensidad de las exposiciones. 12.2.3.-Riesgo eléctrico. Se seguirá el "Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico". En la planta existen multitud de componentes eléctricos, siendo de esta forma la electrocución el mayor riesgo de todos que corren los operarios. De forma general, será necesario identificar las zonas de trabajo en tensión, que son aquellos espacios de trabajo alrededor de los elementos en tensión en los que la presencia de un trabajador desprotegido supone un riesgo grave e inminente de que se produzca un arco eléctrico, o un contacto directo con el elemento en tensión, teniendo en cuenta los gestos o movimientos normales que puede efectuar el trabajador sin desplazarse. Donde no se interponga una barrera física que garantice la protección frente a dicho riesgo, distancia desde el elemento en tensión al límite exterior de esa zona será la indicada en la tabla 1 del Real Decreto (Anexo I). Otras medidas básicas deben respetarse tales como proveer a los trabajadores con guantes y botas aislantes, recubrir las fuentes potenciales de electricidad con materiales de alta resistencia eléctrica, etc. Memoria descriptiva 62 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 12.2.4.-Riesgo de incendio. Se aplicará el "Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales". Los riesgos de incendios en la planta propuesta son bajos debido a que se opera a temperaturas bajas, por lo que el principal riesgo a considerar es el de un cortocircuito eléctrico. En las zonas de riesgo eléctrico como en los cuadros eléctricos, se situarán extintores de CO2, que serán objeto de revisiones periódicas, de acuerdo con la legislación vigente y recomendaciones del fabricante, y como mínimo una vez al año. 12.2.5.-Riesgo relacionado con la exposición al ruido. Se seguirá el "Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición al ruido". En la planta, las fuentes de ruido son la soplante y las bombas centrífugas. El valor límite de exposición está establecido en 87 db por el Real Decreto. 12.3.-Fichas internacionales de seguridad química. Las fichas internacionales de seguridad química, derivadas de las "International Chemical Safety Cards" (ICSC), recopilan toda la información necesaria en cuanto a seguridad y riesgos asociados a un producto químico determinado. A continuación se presentan las fichas de seguridad de todos los productos químicos que existen en la planta. Todo trabajador expuesto a estos productos diariamente debería conocer los puntos más importantes de sus fichas de seguridad. Memoria descriptiva 63 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 64 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 66 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 67 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 68 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 69 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 70 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 71 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 72 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 73 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 74 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 75 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Memoria descriptiva 76 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 13. VERTIDOS ACUOSOS. En la planta diseñada en el presente proyecto existe emisión de una corriente acuosa procedente del fondo del biofiltro cuando es necesario el drenado del mismo. Esta corriente contiene productos químicos determinados (medio de cultivo) y podría arrastrar consigo algo de biomasa. El objeto del presente capítulo es determinar si esta corriente puede vertirse directamente o por lo contrario necesita un tratamiento previo. La posibilidad de vertido o la necesidad de tratamiento previo vendrá establecido por la legislación en materia de vertidos acuosos. La norma a respetar en este caso es el "Real Decreto 60/2011, de 221 de enero, sobre las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas". Este Real Decreto traspone todos los aspectos contenidos en la "Directiva 2008/105/CE del Parlamento Europeo y del Consejo". Su objetivo es establecer normas de calidad ambiental (NCA) para las sustancias contaminantes del agua y establecer valores máximos permisibles de cada contaminante para el vertido en aguas superficiales. Las características de la corriente acuosa en un momento determinado pueden ser las siguientes: pH Temperatura 5,5 - 7,5 15 - 20ºC Compuestos KH2PO4 (4,5 g/L) NH4Cl (2 g/L) K2HPO4 (0,5 g/L) MgSO4·7H2O (0,1 g/L) Consultando el RD 60/2011, ninguno de los componentes de la corriente considerada ni sus iones derivados aparecen clasificados en el mismo como sustancias contaminantes (Anexos I y II). En cuanto a la biomasa que se pudiera arrastrar en la corriente, ya se justificó en el apartado 12.2.1 que el microorganismo Sporothrix variecibatus no está considerado un agente biológico de grupo 2, 3, ni 4 según el RD 664/1997, lo cual significa que es bastante improbable de causar enfermedad en personas. Por otra parte, no se espera que se produzca un arrastre de microorganismos del lecho suficientemente importante como para producir un cambio apreciable en la DBO del agua superficial donde se produzca el vertido. De esta forma, el drenaje se vertirá directamente sin necesidad de tratamiento previo. Memoria descriptiva 77 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 14. DISTRIBUCIÓN EN PLANTA. La distribución de los equipos en planta se ha realizado de forma que se minimice la superficie requerida, respetando las normas de seguridad vigentes, a fin de minimizar los costes. La normativa a aplicar es el "Real Decreto 379/2001, de 6 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de almacenamiento de productos químicos y sus instrucciones complementarias". Dentro del RD se incluye la instrucción complementaria MIE-APQ 7 sobre almacenamiento de líquidos tóxicos. En el Artículo 15 de dicha instrucción técnica se establece una distancia de separación mínima de 1 metro entre recipientes. De esta forma, la figura 13.1. muestra la distribución en planta propuesta cumpliendo el Real Decreto 379/2001. La superficie mínima necesaria para la instalación de la planta según la distribución propuesta es de 30 m2. Figura 14.1. Distribución en planta. Memoria descriptiva 78 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 15. MARCO LEGAL. El presente proyecto se ha realizado siguiendo la legislación vigente a fecha de octubre de 2012. 15.1.-Legislación en materia de seguridad e higiene industrial. Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. Real Decreto 664/1997, de 12 de mayo, sobre la protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo. Real Decreto 374/2001, de 6 de abril, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes químicos durante el trabajo. Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico. Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales. Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición al ruido. Real Decreto 379/2001, de 6 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de almacenamiento de productos químicos y sus instrucciones complementarias. 15.2.-Legislación en materia de medio ambiente. Ley 34/2007, de 15 de noviembre, de calidad del aire y protección de la atmósfera. Real Decreto 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades. Real Decreto 60/2011, de 221 de enero, sobre las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas. 15.3.-Normas y códigos técnicos. UNE-EN 13121-3:2009+A1:2010/AC:2012. Tanques y depósitos aéreos de plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Parte 3: Diseño y fabricación. Norma API Std. 650. Memoria descriptiva 79 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz CAPÍTULO 16. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. 16.1.-Bibliografía técnica. Biotechnology for odor and air pollution control. 2005. Zarook Shareefdeen, Ajay Singh. Bioreactors for Waste Gas Treatment (Enviromental pollution). C. Kennes y M.C. Veiga. Biofiltration for air pollution control. Joseph S. Devinny, Marc A. Deshusses. Perry's chemical engineers' handbook. 7th edition. Operaciones de transferencia de masa. 2ª edición. Robert E. Treybal. Operaciones unitarias en ingeniería química. 7ª edición. Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot. Operaciones de separación por etapas de equilibrio. 1988. Ernest J. Henley, J.D. Seader. Plant design and economics for chemical engineers. 5ª edición. Max S. Peters. Reinforced plastics Handbook, 3rd edition. Donald V. Rosato, Dominick V. Rosato. 16.2.-Publicaciones científicas. Biotrickling filters for air pollution control. Marc A. Deshusses, Huub H.J. Cox. Biotechnology. A comprehensive treatise in 8 volumes. Volume 8. Microbial degradations. Chapter 12: Exhaust gas purification. Simon P. P. Ottengraf. 1986. Analisis and comparison of biofilter models. S. M. Zarook, A. A. Shaikh. 1996. Modelling the steady state and dinamic conditions of a biotrickling filter treating styrene and acetone in air. Andrew Mark Gerrard, Josef Havranek, Vrastislav Novak, Martin Halecky, Kim Jones, Carlos Ricardo Soccol and Jan Páca. 2010. Biotreatment of a gas-phase volatile mixture from fibreglass and composite manufacturing industries. Eldon R. Renne, María Montes, María C. Veiga and Christian Kennes. 2011. Biofiltration of mixtures of gas-phase styrene and acetone with the fungus Sporothrix variecibatus. Eldon R. Renne, Radka Špačková, María C. Veiga, Christian Kennes. 2010. Biofiltration of a styrene/acetone vapor mixture in two reactor types under conditions of acetone overloading. Jan Páca, Martin Halecky, Vratislav Novak, Kim Jones and Evguenii Kozliak. 2011. Memoria descriptiva 80 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 16.3.-Organizaciones oficiales. Boletín oficial del estado: www.boe.es Asociación Española de Normalización y Certificación: www.aenor.es Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo: www.insht.es US Enviromental Protection Agency: www.epa.gov Agency for Toxic Substances and Disease Registry: www.atsdr.cdc.gov 16.4.-Proveedores. Omega Engineering, INC: www.omega.com Auxiliar de instalaciones químicas S.A: www.aiqsa.com Koch-Glitsch: www.koch-glitsch.com The Pall Ring Company Ltd: www.pallrings.co.uk Carbtrol®: www.carbtrol.com Georg Fischer Harvel LLC: www.harvel.com Salvador Escoda S.A: www.salvadorescoda.com Endress + Hauser: www.endress.com Air Control Industries: www.aircontrolindustries.com Siemens: www.siemens.com Maikontrol: www.maikontrol.com Memoria descriptiva 81 DOCUMENTO 1 MEMORIa anexos a la memoria Anexos a la memoria 82 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz ÍNDICE DE LOS ANEXOS A LA MEMORIA Anexo I. Definición de los parámetros utilizados en biofiltración ....................... 86 A.1.1. Tiempo de residencia ...................................................................................................... 86 A.1.2. Concentración del contaminante ............................................................................... 86 A.1.3. Carga de contaminante................................................................................................... 87 A.1.4. Capacidad de eliminación.............................................................................................. 87 A.1.5. Eficacia de eliminación ................................................................................................... 88 Anexo II. Modelo de Ottengraf para biofiltración .......................................................... 89 Anexo III. Diseño del biofiltro................................................................................................... 92 A.3.1. Cálculo de las dimensiones del lecho ........................................................................ 92 A.3.2. Cálculo de la columna completa ................................................................................. 97 A.3.2.1. Altura total del biofiltro .......................................................................................... 97 A.3.2.2. Material de construcción del biofiltro ............................................................... 97 A.3.2.3. Espesor de la envolvente........................................................................................ 97 A.3.2.4. Fondos de la columna .............................................................................................. 97 A.3.3. Dimensiones del material de relleno y morfología ............................................. 99 A.3.4. Elementos internos de la torre.................................................................................... 99 A.3.4.1. Distribuidor de liquido............................................................................................ 99 A.3.4.2. Plato de soporte ...................................................................................................... 100 A.3.4.3. Separador de gotas ................................................................................................ 101 Anexo IV. Cálculo de caudales................................................................................................ 102 A.4.1. Caudal de aire contaminado ...................................................................................... 102 A.4.2. Caudal de medio de cultivo de recirculación ...................................................... 102 A.4.3. Caudal de medio de cultivo auxiliar ....................................................................... 103 Anexo V. Diseño del equipo de adsorción ....................................................................... 104 A.5.1. Estimación de las dimensiones del equipo .......................................................... 104 A.5.1.1. Elección del material adsorbente .................................................................... 104 A.5.1.2. Estimación de la cantidad de carbón requerida ......................................... 105 Anexos a la memoria 83 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.5.1.3. Cálculo de las dimensiones del lecho ............................................................. 107 A.5.2. Elección comercial del equipo .................................................................................. 108 Anexo VI. Estimación del tamaño de los depósitos auxiliares ............................. 109 A.6.1. Depósito de NaOH ......................................................................................................... 109 A.6.1.1. Producción de acidez ............................................................................................ 109 A.6.1.2. Requerimientos de NaOH ................................................................................... 110 A.6.1.3. Elección del depósito ............................................................................................ 112 A.6.2. Depósito auxiliar de medio de cultivo ................................................................... 112 A.6.2.1. Estimación de las pérdidas de agua por evaporación .............................. 112 A.6.2.2. Elección del depósito ............................................................................................ 114 Anexo VII. Diseño de tuberías................................................................................................ 115 A.7.1. Red de tuberías............................................................................................................... 115 A.7.2. Elección del material .................................................................................................... 117 A.7.3. Cálculo del diámetro de las tuberías ...................................................................... 117 Anexo VIII. Pérdidas de carga ................................................................................................ 120 A.8.1. Pérdidas de carga en conducciones........................................................................ 120 A.8.1.1. Pérdidas de carga mayores ................................................................................ 120 A.8.1.2. Pérdidas de carga menores ................................................................................ 122 A.8.2. Pérdidas de carga en lechos de partículas ........................................................... 122 A.8.3. Pérdida de carga en el biofiltro ................................................................................ 123 A.8.4. Pérdida de carga en la torre de carbón activado............................................... 127 A.8.5. Pérdida de carga en las tuberías .............................................................................. 128 A.8.5.1. Pérdida de carga en las tuberías de alimentación de aire ...................... 128 A.8.5.2. Pérdida de carga en la tubería de recirculación ......................................... 129 A.8.5.3. Pérdida de carga en la tubería de medio de cultivo auxiliar ................. 130 Anexos a la memoria 84 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo IX. Cálculo y selección de los equipos de impulsión ........................................ 1 A.9.1. Cálculo y selección de la soplante ................................................................................ 2 A.9.2. Cálculo y selección de la bomba de recirculación de agua ................................. 2 A.9.3. Selección de la bomba para la impulsión del NaOH .............................................. 2 A.9.4. Cálculo y selección de la bomba de drenaje ............................................................. 2 Anexos a la memoria 85 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo I. Definición de los parámetros utilizados en biofiltración. A.1.1. Tiempo de residencia. En biofiltración se utiliza el tiempo de residencia sin considerar el relleno (EBRT: empty bed residence time). Se define mediante la siguiente expresión: Donde (m3) es el volumen del lecho y (m3/s) es el caudal volumétrico de aire que entra a sistema. Esta expresión permite rápidamente calcular el volumen necesario de equipo para un caudal de aire determinado. El tiempo de residencia real (τ), esto es, el tiempo que realmente el aire permanece en el biofiltro se obtiene multiplicando el EBRT por la porosidad del lecho. Donde es la porosidad (volumen de espacio vacío/volumen de filtro). El efecto del EBRT y el τ son semejantes. Cuando se incrementa su valor, ya sea por aumento del caudal de aire o del volumen de equipo, la eficacia del proceso aumenta puesto que el tiempo de contacto contaminante-microorganismo es mayor. No obstante, mayores tiempos de residencia implican mayores costes del equipo. A.1.2. Concentración del contaminante. En biofiltración, puesto que se trabaja con concentraciones muy pequeñas de contaminantes, es conveniente definir las mismas en las unidades adecuadas. Se utilizan unidades en partes por millón en volumen (ppmv o mL/m3). Para convertir unidades de g/m3 a ppmv se utiliza la siguiente expresión: donde: Ci: concentración del contaminante (ppmv ó g/m3). T: temperatura de la corriente de aire (ºC). Pm: peso molecular del contaminante (g/mol). Anexos a la memoria 86 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.1.3. Carga de contaminante. La carga de contaminante (L) se define como la masa de contaminante que se alimenta al sistema por unidad de volumen de empaquetado y por unidad de tiempo mediante la siguiente expresión: Para cuando hay más de un contaminante, la carga total es la suma de las cargas individuales de cada uno de ellos: A.1.4. Capacidad de eliminación. La capacidad de eliminación se define como la masa de contaminante degradado por unidad de volumen empaquetado y unidad de tiempo según la siguiente expresión: Donde Cin y Cout son las concentraciones de entrada y salida del biofiltro, respectivamente (g·m-3). La capacidad de eliminación sólo puede ser igual o menor que la carga de alimentación. Para cargas de alimentación pequeñas, la capacidad de eliminación es igual a la carga siendo el porcentaje de eliminación del 100%. Al incrementar la carga, llega un punto en que el porcentaje de eliminación disminuye del 100% y la representación de la capacidad de eliminación frente a la carga empieza a separarse de la recta del 100%; este punto es denominado típicamente carga crítica o capacidad de eliminación crítica. Anexos a la memoria 87 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A1.1. Capacidad de eliminación máxima y crítica. La disminución de la capacidad de eliminación al aumentar la carga se puede explicar dependiendo de cuál es el parámetro que incrementa la carga de alimentación. Si el caudal se aumenta o se diminuye el volumen, se disminuye el tiempo de residencia y el contaminante no tiene suficiente tiempo para difundir hasta la biopelícula y ser oxidado. Si la concentración se aumenta y se mantiene el caudal y el volumen, llega un momento en que no se puede absorber el contaminante y éste simplemente pasa a través del sistema sin tener posibilidad de ser oxidado. Para cargas muy altas la capacidad de eliminación alcanza un valor constante denominado capacidad de eliminación máxima, que es independiente de la concentración del contaminante y del tiempo de residencia del gas en un rango amplio de condiciones de operación. A.1.5. Eficacia de eliminación. La eficacia de eliminación se define mediante la siguiente expresión: Este parámetro es el que en última instancia define la calidad del proceso de biofiltración, ya que representa el porcentaje de contaminante eliminado en el equipo. Anexos a la memoria 88 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo II. Modelo de Ottengraf para biofiltración. En el presente proyecto el diseño del biofiltro percolador se lleva a cabo mediante la aplicación del modelo matemático de Ottengraf (Ottengraf, 1986) empleando las constantes cinéticas obtenidas a escala de laboratorio por Gerrard et al. (2010). Un modelo en ingeniería química es un conjunto de ecuaciones que representa aproximadamente el comportamiento del sistema en cuestión (en este caso un biofiltro percolador). Existen varios modelos aplicados para el diseño de sistemas de biofiltración. Cada modelo desarrolla unas ecuaciones en base a una serie de hipótesis. Cuanto más restrictivas sean estas hipótesis, mejor será el modelo, lo cual quiere decir que las predicciones que éste realice estarán más cerca de los datos experimentales, si bien es cierto que la complejidad matemática aumenta bastante en cuanto al número de parámetros, ecuaciones y resolución de las mismas. Es importante resaltar que el propósito del modelo es realizar predicciones realísticas acerca de lo que ocurre en el interior del sistema, de forma que si se cumple esta condición, el modelo es válido. En este proyecto se ha elegido el modelo de Ottengraff, publicado en 1986, para realizar el diseño de la columna. Es éste posiblemente el modelo más sencillo de todos los existentes en biofiltración y ha sido aplicado con éxito en numerosas ocasiones por diversos investigadores. El modelo se basa en las siguientes hipótesis: 1. En la biopelícula es transporte de nutrientes tiene lugar mediante difusión y puede ser descrito mediante un coeficiente de difusión efectiva D e. 2. El espesor de la película δ es pequeño en comparación al diámetro de las partículas de relleno. Se asume por tanto geometría plana. 3. La cinética de consumo de sustrato en la biopelícula se describe mediante la ecuación de Michaelis-Menten: Donde: ri: velocidad de consumo del componente i por la biomasa (mol·m-3·s-1). μmàx: velocidad específica máxima de crecimiento (s-1). Ksi: constante de Michaelis-Menten (mol·m-3). Cli: concentración del sustrato en el líquido (mol·m-3). yi: coeficiente de rendimiento. X: concentración de biomasa activa (kg·m-3). 4. El flujo del gas a través del lecho es en flujo pistón. No existen gradientes radiales de concentración. Anexos a la memoria 89 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 5. La resistencia de la película gaseosa es despreciable. Para altas concentraciones de sustrato la velocidad de degradación es constante e independiente de la concentración, teniéndose cinéticas de orden cero. En este caso hay que diferenciar dos situaciones: 1. Difusión en la biopelícula como etapa limitante. 2. Reacción química como etapa limitante Para bajas concentraciones de sustrato la velocidad de reacción es proporcional a su concentración, teniéndose cinéticas de primer orden. Figura A2.1. Casos cinéticos considerados en el modelo de Ottengraf El resultado de aplicar el modelo en función de los distintos tipos de cinética da los siguientes perfiles de concentraciones: Tabla A2.1. Ecuaciones del modelo de Ottengraf. PRIMER ORDEN Anexos a la memoria ORDEN CERO Difusión como etapa Reacción química como limitante etapa limitante 90 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Donde: CG, CG0: concentraciones de contaminantes a la salida y entrada del sistema (mg/m3). H: altura del lecho (m). UG: velocidad del gas a través de la columna (m/s). mi: coeficiente de distribución. K1: constante cinética aparente de la reacción de primer orden. K0: constante cinética aparente de la reacción de orden cero. De: coeficiente de difusión efectiva (m2/s). a: área interfacial por unidad de volumen (m2/m3). δ: espesor de la biopelícula (m). En la práctica, algunos de estos parámetros son muy difíciles de determinar, de forma que lo que se hace es combinar dichos parámetros con las constantes cinéticas aparentes, obteniendo así nuevas constantes como se muestra a continuación. Así, las ecuaciones quedan modificadas de la siguiente manera: Tabla A2.2. Ecuaciones simplificadas del modelo de Ottengraf. PRIMER ORDEN Anexos a la memoria ORDEN CERO Difusión como etapa Reacción química como limitante etapa limitante 91 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo III. Diseño del biofiltro. A.3.1.-Cálculo de las dimensiones del lecho. En el presente proyecto se ha decidido diseñar el biofiltro percolador a partir del modelo de Ottengraf (Ottengraf, 1986), cuyas características ya han sido expuestas en el anexo II. Las ecuaciones de este modelo permitirán calcular las dimensiones necesarias de relleno para el tratamiento de la corriente de aire definida a las condiciones de operación dadas. MODELO DE OTTENGRAF VARIABLES DE ENTRADA FIJADAS VARIABLE OBTENIDA Composición del aire a la entrada Altura del lecho. y salida del biofiltro. Constantes cinéticas del proceso de biodegradación. Velocidad del aire a través del lecho. Para la aplicación del modelo es necesario conocer el valor de las constantes cinéticas. Éstos han sido obtenidos por Gerrad et al. (2010). En esta publicación uno de los experimentos presentados consiste en el tratamiento de una corriente de aire contaminada con acetona y estireno mediante un biofiltro percolador en funcionamiento estacionario. Las dimensiones del biofiltro empleado en el estudio y principales condiciones experimentales se muestran en la siguiente figura. Figura A.3.1. Esquema del experimento Anexos a la memoria 92 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz El objetivo del experimento era encontrar cuál de las tres ecuaciones del modelo de Ottengraf se ajusta mejor al comportamiento del sistema en las condiciones de trabajo desarrolladas. La concentración de estireno se varió en un rango de 50 a 700 mg/m3, mientras que la concentración de acetona se mantuvo constante a 50 mg/m3. Se midieron las concentraciones de contaminantes a lo largo del lecho, obteniéndose de esta forma el perfil de concentraciones en el biofiltro (valores de concentración en cada punto de la columna). Una vez recogidos estos datos se realizaron las respectivas regresiones lineales según cada ecuación del modelo y se comprobó la bondad del ajuste para cada una de ellas, obteniéndose lo siguiente: Rango de concentraciones de estireno (mg·m-3) 200-300 VALORES DE R2 PARA LOS TRES MODELOS Orden cero con Orden cero con reacción química difusión limitante limitante 0,9407 0,9789 Primer orden 0,9776 La bondad del ajuste fue bastante buena en los tres casos, especialmente para el modelo de orden cero con difusión limitante y el modelo de primer orden. A partir de los parámetros de regresión lineal los valores medios de las constantes cinéticas del proceso resultan ser: VALORES MEDIOS DE LAS CONSTANTES CINÉTICAS Rango de K0 - Orden cero con K0' - Orden cero con concentraciones de reacción química difusión limitante -3 -3 -1 estireno (mg·m ) limitante (mg·m ·s ) (mg0,5·m-1,5·s-1) 200-300 4 0,18 K1' - Primer orden (s-1) 0,04 Puesto que las concentraciones tratadas en el experimento fueron iguales que las concentraciones a tratar en el presente proyecto, es posible utilizar los datos experimentales obtenidos en la publicación para el diseño de la unidad. No obstante, para realizar esto será necesario mantener una semejanza geométrica con el equipo y condiciones llevadas a cabo en la experiencia. El proceso de cálculo de las dimensiones del lecho se compone de los siguientes puntos: 1. Cálculo de la velocidad superficial del gas: se suponen distintos diámetros y se calculan las distintas velocidades que corresponden a dichos diámetros mediante la siguiente ecuación: Anexos a la memoria 93 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Q: caudal volumétrico de aire a tratar (m3·s-1). D: diámetro interno de la torre (m). v: velocidad superficial del gas (m·s-1). 2. Cálculo de la altura del lecho necesaria a partir de las ecuaciones del modelo. PRIMER ORDEN ORDEN CERO Difusión como etapa Reacción química como limitante etapa limitante Se impondrá que la columna elimine el 95% del contaminante, lo cual significa que CG/CGo = 0,05. 3. Cálculo del tiempo de residencia de vacío en el lecho (EBRT): a partir del caudal volumétrico de aire (Q) y el volumen del lecho (Vb) según la siguiente expresión: Habrá que comprobar que el tiempo de residencia obtenido es siempre igual o mayor al tiempo de residencia empleado en la experiencia (53 s), en ningún caso debe ser menor, ya que hay que mantener la mayor semejanza posible con las condiciones de operación de la experiencia para que sea posible aplicar el modelo. En la siguiente tabla se observan los valores de volumen de lecho necesario que resultan de cada ecuación. PRIMER ORDEN 10,40 Anexos a la memoria VOLUMEN DEL LECHO NECESARIO (m3) ORDEN CERO Difusión como etapa Reacción química como etapa limitante limitante 9,47 8,25 94 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Puesto que el modelo de orden cero con difusión como etapa limitante fue el que mejor se ajustó al comportamiento del sistema, será esa ecuación la que se utilice para el cálculo de la altura del lecho. De esta forma, el lecho tendrá un volumen de 9,47 m 3. 4. Elegir la relación H/D adecuada: se tiene la siguiente gráfica elaborada a partir del modelo, la cual muestra las posibles relaciones H/D para un volumen de lecho igual a 9,47 m3. 18,00 25,00 16,00 20,00 14,00 12,00 H (m) 15,00 10,00 H/D 8,00 10,00 6,00 4,00 5,00 2,00 0,00 0,00 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 D (m) H vs D H/D vs D 3 Figura A.3.2. Posibles H/D para el lecho de volumen 9,47 m . Puesto que debe mantenerse la mayor semejanza geométrica posible con el equipo utilizado en la experiencia, la relación H/D también debe ser la misma. De esta forma, se selecciona una H/D igual a 6,67. A partir de la tabla A.3.2. se obtienen el diámetro y la altura correspondientes a ese valor de H/D, los cuales resultan ser: Dcalculado = 1,22 m Hcalculado = 8,13 m 5. Aplicar un factor de sobredimensionamiento: el valor de este factor corre a criterio del proyectista. En este caso se ha elegido un sobredimensionamiento del equipo del 10 %. Así, las dimensiones del lecho son: D = 1,34 m H = 8,94 m Anexos a la memoria 95 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz V = 12,61 m3 Puesto que 1,34 metros no corresponde a un diámetro comercial estándar, se redondea a un valor cercano que sí lo sea (1,50 m). De esta forma, las dimensiones finales del lecho serán: D = 1,50 m H = 7,13 m V = 12,61 m3 A.3.2.-Cálculo del la columna completa. La columna de biofiltración, al igual que una columna de absorción de relleno, se compone de un depósito cilíndrico vertical (envolvente) con un fondo superior toriesférico y un fondo inferior plano. La parte inferior está equipada con una entrada de gas y salida del líquido (drenaje). En la parte superior existe una entrada para el líquido, una salida para el gas y un distribuidor de líquido. Figura A.3.3. Esquema de la torre de biofiltración. Anexos a la memoria 96 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.3.2.1.-Altura total del biofiltro. Aparte del relleno, debe quedar una altura suficiente arriba y abajo del mismo para la disposición de los elementos necesarios (entradas y salidas de tuberías accesorios, etc...). Este exceso se impondrá de 1 metro en cada extremo. De esta forma la altura total de la torre será de 9,13 m. A.3.2.2.-Material de construcción para el biofiltro. El material utilizado para la construcción del biofiltro será el poliéster reforzado en fibra de vidrio (PRFV). Este material presenta una serie de propiedades que lo hacen adecuado para albergar el proceso de biofiltración. Algunas de éstas propiedades son: Robustez estructural. Ligereza (4 veces más ligero que el acero convencional). Aislante térmico y eléctrico. Alta resistencia al impacto y la fatiga. Material homogéneo y poco poroso. Coeficiente de dilatación inferior al de los perfiles metálicos. Mantenimiento nulo. La construcción con este material está regida por la norma "UNE-EN 131213:2009+A1:2010/AC". A.3.2.3.-Espesor de la envolvente. Se recurre a la Norma API Std. 650, que establece unos espesores mínimos para tanques a presión atmosférica en función de sus diámetros. Para tanques de diámetro inferior a 1,520 m, el espesor mínimo ha de ser de 4,76 mm. Se impondrá un espesor de 5 mm para asegurar el cumplimiento de la norma. A.3.2.4.-Fondos de la columna. El biofiltro llevará un fondo superior toriesférico de tibo Korboggen como el mostrado en la figura A.3.4. Estos fondos son los de mayor aceptación en la industria debido a su bajo coste y su capacidad para soportar grandes presiones. Anexos a la memoria 97 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A.3.4. Fondo toriesférico de tipo Korbbogen. Las medidas del fondo se calculan a partir del diámetro y el espesor fijados, según las relaciones que aparecen en la figura, las cuales aparecen en la norma DIN-28013. Obviamente, el diámetro y espesor del fondo coincidirán con los del cuerpo de la columna. De esta forma, las dimensiones son: En el centro del fondo habrá una perforación de diámetro 141 mm para instalar la tubería a través de la cual saldrá el aire depurado. El fondo inferior se construirá plano ya que no se prevén deposiciones sólidas en el fondo del depósito. Se trata, pues, de un cilindro de diámetro y espesor iguales a los de la envolvente y de altura igual a 1 m. Sus medidas son, por tanto: En este fondo inferior habrán dos perforaciones, una de diámetro 141 mm para permitir la entrada de la tubería del aire contaminado, y otra de diámetro 48 mm para permitir la salida del agua de recirculación acumulada. Anexos a la memoria 98 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.3.3.-Dimensiones del material de relleno y morfología. Al igual que en la experiencia, se utilizarán anillos Pall de polipropileno. El diámetro de los anillos será de 5 cm y la empresa The Pall Ring Company será la proveedora de los mismos. La bibliografía recomienda que la relación a fin de evitar problemas de canalización del líquido a través de las paredes de la columna. Los anillos Pall de tamaño 50 mm dan una relación . Figura A.3.8. Anillos Pall. A.3.4.-Elementos internos de la torre. A.3.4.1.-Distribuidor de líquido. El distribuidor de líquido se sitúa encima del lecho, está conectado a la tubería de alimentación de medio de cultivo y tiene una geometría tal que hace que éste caiga uniformemente a través del lecho después del paso a su través. Existen multitud de modelos en el mercado cada uno con distintas características y apropiados para procesos determinados, aunque cada modelo es fabricado dentro de un rango de diámetros determinado. Habrá de elegirse un modelo cuyo rango de diámetros de fabricación satisfaga el diámetro de la columna diseñada (1,50m). El distribuidor de líquido elegido ha sido: MODELO Deck type distributor Anexos a la memoria EMPRESA The Pall Ring Company 99 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A.3.5. Distribuidor de líquido de plato (Deck type) Se pedirá el modelo de polipropileno con un diámetro de 1,50 metros. A.3.4.2.-Plato de soporte. El plato de soporte se situará 1 metro por encima de la base de la columna y su función es, como su propio nombre indica, soportar el relleno. El plato elegido ha sido: MODELO Random packing gas injection support plate EMPRESA The Pall Ring Company Figura A.3.6. Plato de soporte. El plato está hecho de polipropileno y su diámetro es 1,50 metros. Anexos a la memoria 100 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.3.4.3.-Separador de gotas. El separador de gotas tiene como función captar las pequeñas gotitas que el gas pudiera arrastrar consigo en su ascenso por el biofiltro. De esta forma, se asegura que no ocurra la indeseable situación de proyección de gotas por la parte superior de la columna hacia el exterior. Figura A.3.7. Separador de gotas. Se ha elegido a la empresa The Pall Ring Company como la proveedora del separador de gotas, el cual estará hecho de polipropileno con un diámetro de 1,50 metros y se situará 300 mm por encima del plato de relleno. Anexos a la memoria 101 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo IV. Cálculo de caudales A.4.1.-Caudal de aire contaminado. Esta corriente se encuentra perfectamente definida al ser una de las variables de diseño. Su caudal volumétrico es de 500 m3. A.4.2.-Caudal de medio de cultivo de recirculación. Habrá que mantener la misma velocidad superficial del líquido (TLV, trickling liquid velocity) que la de la experiencia. TLV: velocidad superficial del líquido (m·s-1). Qlíquido: caudal de recirculación del medio de cultivo (m3·s-1). A: sección transversal interna de la torre (m2). Deberá cumplirse, por tanto, lo siguiente: De esta forma, el caudal de recirculación será: Anexos a la memoria 102 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.4.3.-Caudal de medio de cultivo auxiliar. La bomba de medio auxiliar empezará a funcionar cuando el nivel de líquido en la columna sea de 25 cm. Debe aportar un volumen de 265 L para alcanzar el nivel de trabajo (40 cm) de nuevo. De esta forma, para recuperar el nivel de trabajo en un minuto, el caudal con que la bomba alimentará medio de cultivo auxiliar a la columna será de 265 L/min. Anexos a la memoria 103 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo V. Diseño del equipo de adsorción. En el presente anexo se realizará una estimación acerca de las dimensiones necesarias del equipo de adsorción auxiliar a instalar en la planta. A.5.1.-Estimación de las dimensiones del equipo. A.5.1.1-Elección del material adsorbente. Existen multitud de materiales adsorbentes en el mercado (Tabla A.5.1.), cada cual con unas propiedades determinadas que lo harán adecuado para cada aplicación en particular. Tabla A.5.1. Materiales adsorbentes. Fuente: Perry 7ª edición. Para el caso de la adsorción de vapores de COVs, el carbón activo ha demostrado ser el material más adecuado, lográndose eficacias de eliminación mayores al 99%. Su estructura y multitud de poros internos le confieren un gran área superficial (500 - 1500 m2/g) y, en consecuencia, un poder de adsorción enorme. Suele venir en dos variaciones: carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC), siendo este último el más utilizado en la industria. Anexos a la memoria 104 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A.5.1. Carbón activado granular (GAC). A.5.1.2-Estimación de la cantidad requerida de carbón. La adsorción de contaminantes en un lecho fijo de carbón es un proceso no estacionario, lo cual quiere decir que varía con el tiempo. Esto es así puesto que la capacidad de adsorción del carbón es limitada, de forma que al principio de la operación los contaminantes se adsorberán satisfactoriamente en el lecho, pero a medida que pase el tiempo las partículas de carbón se irán saturando hasta que llegue un momento en el que no admitan más contaminante y la eficacia de adsorción decaiga a valores inadmisibles. Será éste el momento en el que debe retirarse el lecho de partículas y proceder o bien a su eliminación o a regeneración para su posterior reutilización. De esta forma, al realizar la estimación de la cantidad de carbón necesaria para una adsorción determinada, hay que especificar la duración que se espera de ese carbón. Es evidente que cuanta más duración se le exija al lecho, más cantidad de carbón será necesaria y, por tanto, mayor será la dimensión del equipo, lo cual se traduce directamente en un aumento de los costes tanto de inmovilizado como de operación (regeneración del carbón). En el caso del presente proyecto, teniendo en cuenta se trata de un equipo auxiliar que funcionará en situaciones excepcionales, no se impondrá una duración del lecho muy elevada a fin de no realizar un sobredimensionado que supondría un despilfarro. Para la estimación de la cantidad necesaria de carbón se supondrá el caso más desfavorable en que toda la corriente de aire es dirigida al adsorbedor. De esta forma, se tiene el siguiente diagrama de flujo. Anexos a la memoria 105 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Se tiene que la cantidad total de contaminantes a tratar a lo largo de un mes es: Para saber qué cantidad de carbón es necesaria para tratar estos contaminantes es necesario tener datos de capacidad de adsorción del carbón para cada contaminante. Cuando se trata de adsorción de vapores, no hay datos disponibles en la bibliografía o bien los pocos que existen han sido determinado de forma teórica en la mayoría de los casos. Lo más sensato en este caso es obtener la información del propio proveedor del carbón. En el presente proyecto se han utilizado los datos de la empresa Carbtrol®, especializada en la eliminación de COVs en aire por adsorción en carbón activo. Tabla A.5.2. Datos de capacidad de adsorción para carbón activado granular. Fuente: Carbtrol®. COMPUESTOS Estireno Acetona CAPACIDAD DE ADSORCIÓN (kg contaminante/kg carbón) 0,25 0,008 De esta forma, la cantidad necesaria de carbón para una operación de un mes será: Anexos a la memoria 106 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz La cantidad de carbón necesaria para tratar acetona es seis veces mayor que la necesaria para tratar estireno. Esto es de esperar si se tiene en cuenta la bajísima tendencia de adsorción de la acetona (Tabla A.5.2.), lo cual se deriva de su bajo peso molecular y alta volatilidad. Con el objetivo de minimizar costes en carbón, no se considerará la adsorción de acetona en los cálculos. Esta suposición es perfectamente asumible, ya que la acetona ya se encuentra por debajo de sus límites de emisión legales (TLV-TWA: 500 ppm) a la entrada del proceso (22 ppm). De esta forma, considerando sólo la adsorción de estireno, la cantidad de carbón requerida por mes de operación es de 360 kg, lo cual corresponde a la hipotética situación en la que la columna de adsorción operaría durante un mes, todos los días durante 24 horas. Se recomienda imponer un factor de sobredimensionado a la cantidad de carbón, ya que no se han considerado en los cálculos algunos efectos tales como la adsorción de agua y de acetona. Imponiendo un factor de seguridad del 20 % se tiene que la cantidad de carbón requerida por mes de operación es de 432 kg. A.5.1.3-Cálculo de las dimensiones del lecho. Una vez conocida la cantidad de carbón mensual necesaria, se calculan las dimensiones del lecho. Si se dispone el lecho en un contenedor cilíndrico, la velocidad superficial de circulación del gas a través del mismo (impuesta por el diseñador) dará el diámetro necesario mediante la siguiente expresión: D: diámetro del lecho (m). Qv: caudal volumétrico del aire (m3/s). v: velocidad superficial del gas (m/s). Se supone una velocidad superficial determinada y se calcula el diámetro del lecho. La bibliografía recomienda un rango de velocidades de entre 5 y 50 cm/s. Una vez se tenga el diámetro, se calcula la altura del lecho, conocida la densidad del carbón (489 kg/m3) de la siguiente forma: Anexos a la memoria 107 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Cada valor de velocidad superficial supuesto dará unas dimensiones determinadas. Al final se elegirán unas dimensiones coherentes de acuerdo con el proceso dado, teniendo en cuenta que grandes velocidades dan lugar a pequeños diámetros y mayores pérdidas de cargas. No obstante, velocidades excesivamente bajas supondrán un mayor diámetro, que a su vez supone un mayor espacio requerido para la instalación del equipo. La siguiente tabla muestra las dimensiones de lecho calculadas para distintas velocidades, supuesta una operación ininterrumpida durante dos meses para el tratamiento de toda la corriente de aire. La cantidad de carbón requerida en este caso sería de 864 kg. vdiseño (cm/s) 50 40 30 20 10 5 vdiseño (m/s) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 D (m) 0,59 0,66 0,77 0,94 1,33 1,88 h (m) 6,36 5,09 3,82 2,54 1,27 0,64 Admitiendo una velocidad de 0,2 m/s resulta un lecho de 1,33 m de diámetro y 2,54 m de altura. A.5.2.-Elección comercial del equipo. Ya que se han usado datos de un carbón suministrado por la empresa Carbtrol® se elegirá el adsorbedor de la misma empresa. Algunas de las características del modelo elegido son las siguientes: Modelo Empresa Equipo Flujo máximo permitido Cantidad de carbón Diámetro Altura Material de construcción Peso Anexos a la memoria G-6 Carbtrol® Adsorbedor de vapores por carbón activo. 1020 m3/h 906 kg 1,156 m 2,235 m Acero suave con recubrimiento hepóxico 1214 kg 108 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo VI. Estimación del tamaño de los depósitos auxiliares. En el presente anexo se realizará una estimación de los requerimientos de medio de cultivo para la reposición de líquido en el fondo de la columna de biofiltración y NaOH necesario para la corrección del pH. Sabiendo los requerimientos por unidad de tiempo, se determinará el tamaño óptimo de los depósitos destinados al albergue de cada líquido, teniendo en cuenta que los mismos serán rellenados manualmente cuando se queden vacíos. A.6.1. Depósito de NaOH. A.6.1.1.-Producción de acidez. Es necesario hacer una estimación de la variación del pH a lo largo del tiempo en el líquido de recirculación del biofiltro para estimar a su vez los requerimientos de NaOH. Se sabe que el microorganismo Sporothrix variecibatus produce la oxidación completa de los contaminantes a CO2 y agua (Rene et al, 2010). Teniendo en cuenta la producción de biomasa, considerando esta como C5H7NO2, y que la fuente de nitrógeno es el cloruro de amonio, se tienen las siguientes reacciones: El compuesto principalmente responsable de la acidificación del medio es el HCl, el cual se produce según una estequiometría 1:1 con respecto al estireno y 1:2 con respecto a la acetona. Sabiendo esto y teniendo en cuenta el balance de masas en estado estacionario de la columna de biofiltración (figura A.6.1.) es posible realizar una estimación acerca de cuánto HCl se produce por unidad de tiempo en el proceso de biodegradación. Anexos a la memoria 109 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A.6.1. Balance de masas en estado estacionario de la columna de biofiltración. La producción de HCl es, teniendo en cuenta la estequiometría: Por biodegradación de estireno: 1,140 mol/h. Por biodegradación de acetona: 0,205 mol/h. En total, se producen 1,345 mol/h de HCl en la operación estacionaria del biofiltro. A.6.1.2.-Variación horaria del pH. En la composición del medio de cultivo (tabla 9.1.) existe un sistema amortiguador del pH. Es éste el sistema KH2PO4/K2HPO4 (tampón fosfato). Para cuantificar la variación horaria del pH habrá que determinar la capacidad reguladora del tampón. Al disolver KH2PO4 y K2HPO4 en el agua, se produce la disociación completa de las sales, al ser éstas sales fuertes, según las siguientes reacciones: Anexos a la memoria 110 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz El sistema amortiguador consiste entonces en el ácido débil H2PO4- y su base conjugada HPO42-. El equilibrio formado viene dado por la siguiente reacción: Inicialmente, las concentraciones de cada especie son: La presencia del ión común HPO42- en el medio hace que el equilibrio de la anterior de reacción esté muy desplazado a la izquierda, por lo que las concentraciones en el equilibrio serán prácticamente las mismas que las concentraciones iniciales. Cada hora de operación se producen 1,345 mol de HCl, los cuales se disuelven en 707 L de líquido, suponiendo que éste se encuentre en su nivel de trabajo en la columna (40 cm). De esta forma, se tiene una concentración de HCl igual a 1,90·10 -3 M. El HCl, por su condición de ácido fuerte, se disocia completamente según la siguiente reacción: De forma que la concentración de H3O+ aumenta 1,90·10-3 M cada hora, provocando el correspondiente descenso del pH en el líquido de recirculación. Toda la nueva cantidad que se genera de H3O+ se consume, de forma que las concentraciones en el nuevo equilibrio son: Siendo la nueva concentración de H3O+ y pH: Anexos a la memoria 111 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz De esta forma, el pH baja 0,25 unidades cada hora en operación estacionaria. A.6.1.3.-Requerimientos de NaOH. Se dispondrá una disolución de NaOH al 48% en peso (12 M) en el depósito. El problema consiste en saber qué cantidad de disolución es necesario añadir al líquido de recirculación al cabo de una hora de operación, cuando el pH es 5,65. Se tiene que los moles de HCl presentes en 707 L de líquido de recirculación al cabo de una hora de operación son 1,345. De esta forma, según la estequiometría de la reacción habrá que añadir la misma cantidad de moles de NaOH para la neutralización. El volumen de disolución de NaOH 12 M que corresponde a esos moles es: De esta forma, se concluye que son necesarios unos 3 L de disolución al día, suponiendo una operación continua durante las 24 horas del día y toda la semana, lo cual significa un gasto de unos 90 L al mes. A.6.1.4.-Elección del depósito. Teniendo en cuenta el requerimiento de NaOH de 90 L al mes, se ha elegido un depósito de 140 L, lo cual significa un rellenado del mismo cada cinco semanas aproximadamente. A.6.2. Depósito auxiliar de medio de cultivo. A.6.2.1.-Estimación de las pérdidas de agua por evaporación. El nivel de líquido de recirculación en el fondo del biofiltro descenderá cada cierto tiempo debido a las pérdidas por evaporación. Será necesaria la reposición periódica de líquido para mantener el nivel en su valor de trabajo. Para calcular aproximadamente cuánto líquido es necesario almacenar para la reposición será necesario estimar las pérdidas por evaporación que tienen lugar durante el proceso. Esto puede realizarse mediante balances de masa en estado estacionario, conocidas las condiciones del aire a la entrada y salida del biofiltro (temperatura y humedad relativa media). Anexos a la memoria 112 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Se supondrá una humedad relativa media de entrada del aire del 60%, saliendo con una humedad del 95% tras su paso por el biofiltro debido al contacto en contracorriente con la corriente acuosa descendente. La temperatura de entrada y salida se supondrá constante, tomando un valor medio de 20ºC. Mediante una gráfica psicométrica se puede saber la humedad absoluta (HA) del aire (masa de agua/masa de aire seco) del aire a partir de la temperatura y humedad relativa media del mismo. Figura A.6.2. Gráfica psicométrica. Se tiene entonces: A la entrada: T = 20ºC; HR = 60% HA = 0,009 kg H2O/kg aire seco. A la salida: T = 20ºC; HR = 95% HA = 0,014 kg H2O/kg aire seco. Anexos a la memoria 113 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Figura A.6.3. Balance de masa en estado estacionario del biofiltro para la estimación de las pérdidas de agua por evaporación. A partir de la figura A.6.3. se tiene que las pérdidas de agua por evaporación son: La cantidad de medio de cultivo necesaria para reponer el agua pérdida por evaporación es, tomando la densidad del medio de cultivo prácticamente la misma que la del agua (1 kg/L), será de 3 L/h, lo cual significan 72 L/día y 504 L/semana, suponiendo un funcionamiento de la planta durante toda la semana las 24 horas del día. A.6.2.2.-Elección del depósito. Se elegirá un depósito auxiliar de 1000 L para albergar el medio de cultivo. Considerando la estimación realizada en el anterior apartado, donde resulta un requerimiento de medio de cultivo de unos 500 L a la semana, habrá de reponerse el depósito una vez cada dos semanas. Anexos a la memoria 114 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo VII. Diseño de tuberías A.7.1. Red de tuberías. El sistema de tuberías está estructurado en diversas líneas en las que se produce el transporte del gas a tratar y el medio de cultivo. Cada línea está formada por distintos tramos que conectan el biofiltro con las bombas y accesorios. Las líneas consideradas se enumeran en la siguiente tabla. Tabla A.7.1. Descripción de la red de tuberías del proceso. LÍNEA 1 2 Anexos a la memoria FLUIDO Aire Medio de cultivo de recirculación CONDUCCIÓN 1.1 DESCRIPCIÓN Tramo que va desde la soplante hasta la "Te" plana que distribuye el gas a los equipos. 1.2 Tramo que va desde la "Te" plana hasta el biofiltro. 1.3 Tramo que va desde la "Te"plana hasta la columna de absorción. 2.1 Tramo que va desde la cola del biofiltro hasta la bomba de recirculación. 2.2 Tramo que va desde la bomba de recirculación hasta la entrada del biofiltro en su parte superior. 115 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 3 Solución de NaOH 4 5 Medio de cultivo auxiliar Drenaje 3.1 Tramo que va desde el depósito de NaOH hasta la bomba. 3.2 Tramo que va desde la bomba al punto de inyección en el fondo inferior del biofiltro 4.1 Tramo que va desde el depósito de agua hasta la bomba. 4.2 Tramo que va desde la bomba hasta el punto de inyección en la tubería de recirculación. 5.1 Tramo que va desde el fondo inferior del biofiltro hasta la válvula solenoidal. Figura A.7.1. Esquema de redes tuberías de la planta. Anexos a la memoria 116 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.7.2. Elección del material. Para la elección del material de construcción de la tubería hay que tener en cuenta dos aspectos fundamentalmente. 1. Tipo de fluido que circula y sus propiedades: la corrosividad es el aspecto más importante a tener en cuenta. 2. Condiciones de operación: presión y temperatura a las que se produce el flujo. En el proceso en cuestión, los fluidos transportados no son corrosivos y el transporte se produce a temperatura ambiente y bajas presiones. De esta forma, se elige PVC como material de construcción por ser el más económico y por su garantía de aguantar sin ningún problema el flujo a las condiciones en cuestión. A.7.3. Cálculo del diámetro de las tuberías. El procedimiento de elección del diámetro de las tuberías es el siguiente: 1.-Cálculo del diámetro de la tubería conocido el caudal y fijada la velocidad de circulación. Se utiliza la siguiente expresión: donde: D: diámetro interno de la conducción. Q: caudal volumétrico del fluido que circula v: velocidad media del fluido El caudal volumétrico que circula por cada línea es conocido. La velocidad media no se conoce puesto que para ello se requiere el conocimiento de la sección de la tubería, lo cual se está intentando calcular. Cada fluido tiene un valor de velocidad de circulación máxima que no debe ser traspasado, ya que de lo contrario se podría producir deterioro en el material. En el caso de las tuberías de PVC, las velocidades de flujo recomendadas en el caso de líquidos van de 0,6 a 5 m/s, según fabricantes, y de 6 a 12 m/s en el caso de aire. Se elige un valor de velocidad dentro del rango especificado y se calcula el diámetro con la anterior expresión. Anexos a la memoria 117 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 2.-Elección del diámetro externo. Una vez calculado el diámetro interno, se acude a las tablas de tuberías comerciales (tabla A.7.3.) y se elige el tamaño nominal de tubería (Nom. pipe size) inmediatamente superior al diámetro interno calculado. Se ha elegido un schedule de 80: Tabla A.7.3. Diámetros comerciales de tuberías de PVC. 3.-Cálculo de la velocidad real del fluido. Se recalcula la velocidad de circulación del fluido a través de la tubería a partir del valor del diámetro interno extraído de las tablas mediante la siguiente expresión: Si la velocidad recalculada se encuentra dentro de los límites recomendados, el proceso de cálculo se da por finalizado, de otra forma se repite de nuevo el cálculo eligiendo una nueva velocidad. Los resultados obtenidos aparecen recogidos en la tabla A.7.4. Anexos a la memoria 118 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Tabla A.7.4. Diámetros de las tuberías. LÍNEA 1 2 4 Caudal (m3/s) 0,139 1,10·10-3 4,59·10-3 vsupuesta (m/s) 12 1,4 8 Dcalculado (in) 4,78 1,19 1,06 Dnominal (in) 5 1,25 1,25 Dexterno (cm) 14,1 4,2 4,2 Dinterno (cm) 13,5 3,7 3,7 vreal (m/s) 9,75 0,91 4,2 En cuanto a la tubería de inyección de NaOH, el diámetro nominal de la misma viene determinado por el diámetro nominal de las conexiones de la bomba dosificadora, es decir, 3/8". El drenaje se realizará por gravedad, y se realizará mediante una tubería de diámetro nominal 1,25". El punto de descarga de la tubería de drenaje no se considera en el proyecto. Anexos a la memoria 119 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo VIII. Pérdidas de carga. A.8.1. Pérdidas de carga en conducciones. A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún dispositivo, ocurren pérdidas de energía debida a la fricción interna del fluido. Tales pérdidas traen como resultado una disminución de la presión al pasar de un punto a otro en la dirección del flujo. Es muy importante estimar la magnitud de dichas pérdidas, ya que influirá directamente en la potencia necesaria de los equipos de impulsión para mantener un flujo determinado. En una red de tuberías, se distinguen dos tipos de pérdidas de carga: 1. Pérdidas mayores: las producidas en los tramos rectos de tubería. 2. Pérdidas menores: las producidas en accesorios tales como válvulas, codos, etc. Pueden llegar a tener una magnitud considerable en caso de flujo no compresible. A.8.1.1.-Pérdidas de carga mayores. Flujo incompresible. Para el cálculo de las pérdidas de carga en tramos rectos de tubería cuando fluidos incompresibles circulan a su través se utiliza la ecuación de Fanning. ∆P: pérdida de presión (Pa). L: longitud de la tubería (m). ρ: densidad media del fluido a las condiciones de flujo (kg/m3). D: diámetro interno de la conducción (m). v: velocidad media del fluido (m/s). (4f): factor de fricción (adimensional). El factor de fricción (4f) es función de la velocidad de flujo, las propiedades del fluido, la geometría de la conducción así como su rugosidad. En flujo laminar (Re ≤ 2100) adquiere un valor igual a 64/Re. Si el flujo no es laminar, (4f) puede determinarse de forma experimental, mediante gráficas o mediante correlaciones matemáticas. En el caso de las tuberías de PVC, al poder considerarse éstas tuberías lisas, lo más sencillo es utilizar las correlaciones matemáticas disponibles en la bibliografía para tubos lisos. Se utiliza normalmente la ecuación de Blasius. Anexos a la memoria 120 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz De esta forma, uno de los pasos a tomar al calcular las pérdidas de carga es verificar qué tipo de flujo tiene lugar. Para ello se tiene el número de Reynolds. Donde μ es la viscosidad del fluido a las condiciones de flujo. Los límites son los siguientes: Régimen laminar: Re ≤ 2100. Régimen transitorio: 2100 ≤ Re ≤ 3100. Régimen turbulento: Re ≥ 3100. Flujo compresible. En el caso de conducción de gases (flujo compresible) hay que distinguir el patrón de flujo que tiene lugar: Flujo adiabático. Flujo isotérmico. Flujo isentrópico. En el presente proyecto, el flujo de gas se da a condiciones isotérmicas, ya que la temperatura del gas a la entrada de las conducciones es igual a la temperatura en la salida del proceso. La ecuación general para el cálculo de pérdidas de presión en tuberías que albergan gases que fluyen en condiciones isotérmicas es la siguiente: Donde: M: peso molecular del gas (kg/mol). R: constante universal de los gases (J·mol-1·K-1). T: temperatura del gas (K). G: velocidad másica del gas (kg·m-2·s-1). : factor de fricción. L: longitud de la conducción (m). D: diámetro de la conducción (m). P1, P2: presión a la entrada y salida de la tubería, respectivamente (Pa). Anexos a la memoria 121 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Para casos en los que la velocidad de flujo del gas es inferior a 35 m/s, la anterior ecuación se simplifica a la llamada ecuación de Weymouth. Puesto que la velocidad de flujo de los gases en el presente proyecto es inferior a 35 m/s se utilizará la ecuación de Weymouth para cuantificar las pérdidas de carga. A.8.1.2.-Pérdidas de carga menores. A lo largo del sistema de tuberías, existen accesorios tales como medidores de caudal, válvulas de regulación de flujo, codos, empalmes, etc. Estos accesorios suponen un obstáculo al flujo del fluido y también provocan pérdidas de presión por rozamiento. Estas pérdidas de presión se denominan menores a causa de que la debida a cada uno de los accidentes por separado suele ser pequeña comparada con el rozamiento en las paredes de las conducciones en que están localizados. Sin embargo, la suma de todas las pérdidas menores puede adquirir importancia y suponer incluso una fracción apreciable de la pérdida total. Hay que resaltar que en el caso de flujo de gases éstas pérdidas no tienen importancia. En el presente proyecto se han estimado las pérdidas de carga en accesorios haciendo uso de la siguiente expresión: Donde K es una constante de proporcionalidad que adquiere un valor determinado para cada accesorio en particular y es extraíble de la bibliografía. A.8.2.-Pérdidas de carga en lechos de partículas. Para cuantificar la pérdida de carga en los lechos de partículas se utiliza la ecuación de Ergun: P1, P2: presiones a la entrada y salida del lecho, respectivamente (Pa). G: velocidad másica (kg·m-2·s-1). L: longitud del lecho de partículas (m). ε: porosidad del lecho. Anexos a la memoria 122 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz : densidad media del fluido a través del lecho (kg/m3). DP: diámetro de las partículas que constituyen el lecho (m). Re': número de Reynolds modificado: A.8.3.-Pérdida de carga en el biofiltro. En el biofiltro se producen pérdidas de carga debido a los componentes del mismo en su interior (Figura A.8.1.). Estos son: 1. 2. 3. 4. Lecho de partículas. Distribuidor de líquido. Separador de gota. Tubería de emisión del gas. Figura A.8.1. Pérdidas de carga en el biofiltro. Anexos a la memoria 123 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Pérdidas en la tubería de emisión. Se utiliza la ecuación de Weymouth. El problema viene representado por el siguiente esquema: Las condiciones de flujo son: T (K) 3 Q (m /s) a 293 K y 1 atm ρ (kg/m3) a 293 K y 1 atm Wm (kg/s) 293 0,139 1,200 0,167 μ (kg·m-1·s-1) a 293 K M (kg/mol) R (J·mol-1·K-1) P2 (Pa) 1,8·10-5 0,029 8,314 101325 La velocidad másica del gas (G) se mantiene constante a lo largo de toda la conducción y viene dada por: La densidad a la salida es 1,2 kg/m3 (ρ2), mientras que la velocidad en ese punto se calcula sabiendo que el caudal másico (Wm) se mantiene constante en toda la conducción de la siguiente forma: De esta forma, la velocidad másica será: El factor de fricción Anexos a la memoria se calcula mediante la ecuación de Blasius: 124 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Por último, aplicando la ecuación de Weymouth se puede calcular la presión a la entrada de la tubería y, por tanto, la pérdida de presión producida, ya que se conoce la presión en la salida: Por tanto, la pérdida de presión es ∆P = 101327 - 101325 = 2 Pa. Pérdidas en el separador de gotas y el distribuidor de líquido. En el caso de estos accesorios no hay otra manera de estimar las pérdidas de carga que consultar las especificaciones del fabricante. En ellas se encuentra que la pérdida de carga que producen es siempre menor que 200 Pa. Se supondrá el caso más desfavorable, de forma que se considerará que cada accesorio produce 200 Pa de pérdida de carga. De esta forma, la pérdida de carga es de 400 Pa y la presión en la parte superior del lecho será de 101727 Pa. Pérdidas en el lecho. Se utiliza la ecuación de Ergun: La siguiente figura representa el problema: Anexos a la memoria 125 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz El relleno elegido, anillos pall de 50 mm de tamaño nominal, proporciona una porosidad de 0,95 según las especificaciones del fabricante. Puesto que la biomasa crecerá sobre el material de relleno, la porosidad irá disminuyendo. Para la estimación de la pérdida de carga en el lecho se supondrá una porosidad del 0,85. La presión en el punto 2 es P2 = 101725 Pa. La densidad del gas en este punto es, considerando comportamiento de gas ideal: Y la velocidad: La velocidad másica es, entonces: . Se calcula el número de Reynolds modificado: Se supone que la pérdida de presión no será tal que la densidad en el punto 1 sea mucho mayor que en el punto 2. De esta forma, = 1,21 kg/m3. La presión en el punto 1 será entonces: Anexos a la memoria 126 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz 101726 Pa. La pérdida de presión es ∆P = 1 Pa. Prácticamente no existe pérdida de presión en el lecho. En resumen, en la columna de biofiltración se produce en el peor de los casos una pérdida de presión total de 401 Pa. A.8.4.-Pérdida de carga en la torre de carbón activado. En este caso, el fabricante proporciona una tabla que relaciona caudal volumétrico de gas con pérdida de carga producida. Figura A.8.2. Pérdida de carga en la columna de adsorción. Fuente: Carbtrol®. Suponiendo el caso más desfavorable en el que todo el caudal de gas es desviado a la columna de adsorción (500 m3/h = 295 CFM), se obtiene de la figura A.8.2. que la pérdida de carga para el modelo elegido (G6) es de aproximadamente 6 pulgadas de agua, o lo que es los mismo, 1495 Pa. Anexos a la memoria 127 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.8.5.-Pérdida de carga en las tuberías. A.8.5.1.-Pérdida de carga en las tuberías de alimentación de aire. Para el cálculo de la pérdida de presión que sufre el gas a través de las tuberías que lo conducen a los equipos se supondrá el caso más desfavorable, que es el cual en el que la soplante impulsa la totalidad del gas a la columna de absorción, ya que este equipo provoca una pérdida de carga mucho mayor que el biofiltro. La siguiente figura esquematiza el problema: Se utiliza la ecuación de Weymouth: Puesto que para la totalidad del caudal de gas (500 m3/h) circulando por la columna de adsorción la pérdida de presión en dicho equipo es de 1495 Pa, y sabiendo que el gas abandona la columna a presión atmosférica, la presión a la entrada de la columna será P2 = Patm + 1495 = 102820 Pa. Se calcula el factor de fricción : La velocidad másica es: Por tanto, la presión a la cual la soplante debe comprimir el gas (P1) es: Anexos a la memoria 128 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Siendo la pérdida de carga en la tubería de 32 Pa. A.8.5.2.-Pérdida de carga en la tubería de recirculación. La tubería de recirculación de agua en el biofiltro se divide en dos (Tabla A.7.1.): el tramo que sale del biofiltro hacia la bomba (2.1.) y el tramo que va desde la bomba hasta el biofiltro (2.2.). El siguiente esquema muestra el problema: Se aplica la ecuación de Fanning: La circulación se da a 20ºC, siendo ρ = 1000 kg/m3 y μ = 0,001 Pa·s. Se calcula el factor de fricción: La pérdida que se produce en la tubería es, por tanto: Anexos a la memoria 129 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A esto hay que sumarle la pérdida local producida en el codo de 90º, cuya constante de pérdida de carga K es 0,75 según la bibliografía. La pérdida producida en el mismo es: Por tanto, la pérdida total de presión en la tubería de recirculación es de 2508 Pa. A.8.5.3.-Pérdida de carga en la tubería de medio de cultivo auxiliar. El medio de cultivo auxiliar fluye a través de una tubería de diámetro nominal 1,5" a caudal de 16,5 m3/h. La siguiente figura esquematiza el problema: Repitiendo el mismo procedimiento que el del apartado A.8.5.2. se obtiene que la pérdida de carga es de 45200 Pa. Anexos a la memoria 130 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Anexo IX. Cálculo y selección de los equipos de impulsión. A.9.1. Cálculo y selección de la soplante. La soplante impulsará el aire contaminado procedente de la fábrica hacia el biofiltro. Para el cálculo de la potencia necesaria del equipo se supondrá el caso más desfavorable, que es aquel en el que todo el caudal de aire pasa exclusivamente por la columna de adsorción. Es este el caso más desfavorable puesto que es el que provocaría mayor pérdida de carga (1495 Pa). La soplante deberá comprimir el aire a una presión tal que éste pueda fluir fácilmente superando las pérdidas de carga. La presión de compresión de la soplante será, por tanto, la presión del aire a la salida del proceso (Patm) más las pérdida total de presión producida en el flujo (1527 Pa). Por tanto: De esta forma, las características de la impulsión son (figura A.9.1.): Caudal volumétrico de aire: 500 m3/h. Presión de toma de aire: 101325 Pa. Presión de descarga: 102832 Pa. Temperatura: 20ºC. Compresión isotérmica. Figura A.9.1. Características de la impulsión de aire. Teniendo estos datos, es posible calcular la potencia necesaria de la soplante mediante la siguiente expresión: donde: Anexos a la memoria 131 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz hA: carga de la soplante (m). g: aceleración de la gravedad (9,81 m·s-2). Wm: caudal másico de aire (kg·s-1). : Rendimiento de la soplante. La carga necesaria de la soplante se calcula mediante la ecuación para compresión isotérmica: De esta forma, la potencia necesaria de la soplante será, suponiendo un rendimiento máximo del 80%: El modelo de soplante más adecuado que se ha encontrado en las casas comerciales es el siguiente: MODELO MULTI STAGE MS11/168 EMPRESA AIR CONTROL INDUSTRIES Figura A.9.2. Soplante Multi Stage MS11/168. Las características más importantes de este modelo son: Motor de inducción. Presión estática máxima: 5900 Pa. Anexos a la memoria 132 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Caudal volumétrico máximo: 730 m3/h. Potencia: 0,5 CV. Peso: 15 kg. Figura A.9.3. Curva presión-caudal de la soplante. Anexos a la memoria 133 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz A.9.2. Cálculo y selección de la bomba de recirculación de medio de cultivo. La bomba de recirculación de medio de cultivo se encarga de tomar el líquido acumulado en el fondo de la columna e impulsarlo hasta el nivel del distribuidor de líquido en la parte superior del biofiltro. La siguiente figura esquematiza el problema. Para calcular la carga necesaria de la bomba, se aplica la ecuación de Bernouilli entre los puntos 1 y 2. En este caso, se cumplen las siguientes relaciones: Con lo que la ecuación de Bernouilli queda simplificada: La pérdida de carga en la tubería ya se calculó en el anexo VII. Anexos a la memoria 134 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz En el caso de z2, el caso más desfavorable es aquel en el que el nivel del líquido se encuentra en su mínimo permisible (25 cm sobre el fondo de la columna). La velocidad de agua en la tubería es de 0,91 m/s, como ya se calculó en el anexo VII. De esta forma, la carga de la bomba es: La potencia necesaria de la bomba, suponiendo un rendimiento máximo de la misma del 80% se calcula según: La bomba elegida que mejor se ajusta a los requerimientos es la siguiente: MODELO EB 10 002 MS 07 EMPRESA SALVADOR ESCODA S.A. Figura A.9.4. Bomba para recirculación de medio de cultivo. Algunas de las características más importantes de esta bomba son: Tipo de bomba: bomba centrífuga multicelular. Material: acero INOX. Máxima aspiración: 7 m.c.a.. Temperatura de trabajo: -10 a 80 ºC Caudal máximo: 4,8 m3/h. Potencia: 0,7 CV. Anexos a la memoria 135 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz BOMBA CENTRÍFUGA MS07 40 35 Altura m.c.a. 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 Caudal (m3/h) A.9.3. Cálculo y selección de la bomba de medio de cultivo auxiliar. Siguiendo el mismo procedimiento del apartado A.9.2. se llega a que la potencia necesaria de la bomba es de 1 CV. La bomba elegida ha sido la siguiente (figura A.9.5.): MODELO EB 20 144 CEA 210/3 EMPRESA SALVADOR ESCODA S.A. Figura A.9.5. Bomba para impulsión del medio de cultivo auxiliar. Algunas de las características más importantes de esta bomba son: Tipo de bomba: bomba centrífuga. Material: acero INOX. Anexos a la memoria 136 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de 2012 Cádiz Presión máxima de trabajo: 8 bar. Temperatura de trabajo: -10 a 80ºC. Caudal máximo: 18 m3/h. Potencia: 1,5 CV. Anexos a la memoria 137 DOCUMENTO 2 planos Planos. 138 DOCUMENTO 3 PLIEGO DE CONDICIONES Pliego de condiciones. 141 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 ÍNDICE DEL PLIEGO DE CONDICIONES. PLIEGO DE CONDICIONES GENERALES. 1.-Cápitulo preliminar. Disposiciones generales. ................................................................... 144 1.1. Naturaleza y objeto del pliego general.................................................................................. 144 1.2. Documentación del contrato de obra .................................................................................... 144 2.-Capítulo I. Condiciones facultativas.......................................................................................... 144 2.1. Delimitación general de funciones técnicas ........................................................................ 144 2.2. De las obligaciones y derechos generales del constructor o contratista ................. 146 2.3. Prescripciones generales relativas a los trabajos, a los materiales y a los medios auxiliares ................................................................................................................................................... 149 3.-Capítulo II. Condiciones económicas........................................................................................ 154 3.1. Epígrafe I........................................................................................................................................... 154 3.2. Epígrafe II ......................................................................................................................................... 154 3.3. Epígrafe III. De los precios ......................................................................................................... 156 3.4. Epígrafe IV. Obras por administración.................................................................................. 158 3.5. Epígrafe V. De la valoración y abono de los trabajos ....................................................... 161 3.6. Epígrafe VI. De las indemnizaciones mutuas ...................................................................... 164 3.7. Epígrafe VII. Varios ....................................................................................................................... 165 PLIEGO DE CONDICIONES PARTICULARES. 1.-Condiciones particulares de materiales ................................................................................ 167 1.1. Características básicas de los materiales ............................................................................. 167 1.2. Conductos de PVC.......................................................................................................................... 167 1.3. Materiales no incluidos en este pliego .................................................................................. 168 2.-Condiciones particulares de instalaciones y equipos ..................................................... 168 2.1. Tuberías ............................................................................................................................................ 168 2.2. Válvulas ............................................................................................................................................. 169 Pliego de condiciones. 142 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 2.3. Bombas .............................................................................................................................................. 169 2.4. Recipientes: Diseño y construcción........................................................................................ 169 2.5. Redes de drenaje ........................................................................................................................... 171 2.6. Cimentaciones ................................................................................................................................ 171 3.-Condiciones particulares de pruebas en la instalación ................................................. 171 3.1. Objeto ................................................................................................................................................. 171 3.2. Lavado de la instalación.............................................................................................................. 172 3.3. Pruebas de recipientes ................................................................................................................ 172 3.4. Pruebas de tuberías, válvulas y accesorios. ........................................................................ 173 3.5. Pruebas de la instalación completa ........................................................................................ 173 3.6. Pruebas de la cimentación. ........................................................................................................ 173 Pliego de condiciones. 143 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 PLIEGO DE CONDICIONES GENERALES 1.-CAPÍTULO PRELIMINAR. DISPOSICIONES GENERALES. 1.1.-NATURALEZA Y OBJETO DEL PLIEGO GENERAL. Artículo 1. El objetivo del presente pliego de condiciones es establecer el conjunto de exigencias técnicas, económicas, administrativas y legales que han de regir para la ejecución del presente proyecto de forma que pueda materializarse en las condiciones especificadas. El contratista está obligado a ejecutar el proyecto según se especifica en el pliego de condiciones. Del mismo modo, la administración puede conocer de forma detallada las diferentes tareas que se desarrollan durante la ejecución del proyecto. 1.2.-DOCUMENTACIÓN DEL CONTRATO DE OBRA. Artículo 2. Integran el contrato los siguientes documentos relacionados por orden de prelación en cuanto al valor de sus especificaciones en caso de omisión o aparente contradicción: 1. Las condiciones fijadas en el propio documento de contrato de empresa o arrendamiento de obra, si existiere. 2. El Pliego de Condiciones particulares. 3. El presente Pliego General de Condiciones. 4. El resto de la documentación del proyecto (memoria, planos y presupuesto). Las órdenes e instrucciones de la Dirección facultativa de las obras se incorporan al proyecto como interpretación, complemento o precisión de sus determinaciones. En cada documento, las especificaciones literales prevalecen sobre las gráficas y en los planos, la cota prevalece sobre la medida a escala. 2.-CAPÍTULO I. CONDICIONES FACULTATIVAS. 2.1.-DELIMITACIÓN GENERAL DE FUNCIONES TÉCNICAS. 2.1.1.-El director de obra Artículo 3. La junta rectora de la Propiedad designará al Ingeniero Técnico Director de Obra, representante de la propiedad frente al contratista, en quien recaerán las siguientes funciones: Pliego de condiciones. 144 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 1. Planificar, a la vista del proyecto, del contrato y de la normativa técnica de aplicación, el control de calidad y económico de las obras. 2. Redactar, cuando se requiera expresamente por el constructor, el estudio de los sistemas adecuados a los riesgos del trabajo en la realización de la obra y aprobar el Plan de seguridad e higiene para la aplicación del mismo. 3. Efectuar el replanteo de la obra y preparar el acta correspondiente, suscribiéndola en unión del Constructor. 4. Comprobar la adecuación de la cimentación proyectada a las características reales del suelo. 5. Ordenar, dirigir y vigilar la ejecución material con arreglo al proyecto, a las normas técnicas y a las reglas de buena construcción. 6. Asistir a las obras, cuantas veces lo requiera su naturaleza y complejidad, a fin de resolver las contingencias que se produzcan e impartir las instrucciones complementarias que sean precisas para conseguir la correcta solución. 7. Coordinar la intervención en obra de otros técnicos que, en su caso, concurran a la dirección con función propia en aspectos parciales de su especialidad. 8. Realizar o disponer las pruebas y ensayos de materiales, instalaciones y demás unidades de obra según las frecuencias de muestreo programadas en el plan de control, así como efectuar las demás comprobaciones que resulten necesarias para asegurar la calidad constructiva, de acuerdo con el proyecto y la normativa técnica aplicable. De los resultados informará puntualmente al constructor, impartiéndole en su caso, las órdenes oportunas. 9. Realizar las mediciones de obra ejecutada, realizar y aprobar las certificaciones parciales, realizar y aprobar la certificación final de obra, y asesorar al promotor en el acto de la recepción. 10. Suscribir el certificado final de obra. 2.1.2.-El constructor Artículo 4. El Constructor o Contratista habrá de proporcionar toda clase de facilidades al Director de Obra o a sus subalternos a fin de que estos puedan desempeñar su trabajo con el máximo de eficacia. Específicamente corresponde al Constructor: 1. Organizar los trabajos de construcción, redactando los planes de obra que se precisen y proyectando o autorizando las instalaciones provisionales y medios auxiliares de la obra. 2. Elaborar, cuando se requiera, el Plan de Seguridad e Higiene de la obra en aplicación del estudio correspondiente y disponer en todo caso la ejecución de medidas preventivas, velando por su cumplimiento y por la observación de la normativa vigente en materia de seguridad e higiene en el trabajo. Pliego de condiciones. 145 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3. Suscribir con el Director de Obra el acta de replanteo de la obra. 4. Ostentar la jefatura de todo el personal que intervenga en la obra y coordinar las intervenciones de los subcontratistas. 5. Asegurar la idoneidad de todos y cada uno de los materiales y elementos constructivos que se utilicen, comprobando los preparados en obra y rechazando, por iniciativa propia o prescripción del Director de Obra, los suministros o prefabricados que no cuenten con las garantías o documentos de idoneidad requeridos por las normas de aplicación. 6. Custodiar el Libro de órdenes y seguimiento de la obra, y dar el enterado a las anotaciones que se practiquen en el mismo. 7. Facilitar al Director de Obra con antelación suficiente, los materiales precisos para el cumplimiento de su cometido. 8. Preparar las certificaciones parciales de obra y la propuesta de liquidación final. 9. Suscribir con el Promotor las actas de recepción provisional y definitiva. 10. Concertar los seguros de accidentes de trabajo y de daños a terceros durante la obra. 2.2.-DE LAS OBLIGACIONES Y DERECHOS GENERALES DEL CONSTRUCTOR O CONTRATISTA. 2.2.1.-Verificación de los documentos de proyecto. Artículo 5. Antes de dar comienzo a las obras e inmediatamente después de recibidos, el Constructor deberá confrontar la documentación relacionada con el proyecto que le haya sido aportada y deberá informar con la mayor brevedad posible al Director de las Obras sobre cualquier discrepancia, contradicción u omisión solicitando las aclaraciones pertinentes. 2.2.2.-Plan de seguridad e higiene. Artículo 6. El Constructor, a la vista del Proyecto de Ejecución conteniendo, en su caso, el Estudio de Seguridad e Higiene, presentará el Plan de Seguridad e Higiene de la obra a la aprobación del Director de Obra de la dirección facultativa. 2.2.3.-Oficina en la Obra. Artículo 7. El Constructor habilitará en la obra una oficina en la que existirá una mesa o tablero adecuado, en el que puedan extenderse y consultarse los planos. En dicha oficina tendrá siempre el Contratista a disposición del Director de Obra de la Dirección Facultativa: El Proyecto de Ejecución completo, incluidos los complementos que en su caso redacte el Ingeniero proyectista o Director de Obra. La Licencia de Obras. Pliego de condiciones. 146 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 El Libro de Órdenes y Asistencias. El Plan de Seguridad e Higiene. El Libro de incidencias. El Reglamento y Ordenanza de Seguridad e Higiene en el Trabajo. La documentación de los seguros mencionada en el artículo 4 (10). Dispondrá además el Constructor una oficina para la Dirección facultativa, convenientemente acondicionada para que en ella se pueda trabajar con normalidad a cualquier hora de la jornada. 2.2.4.-Representación de contratista. Artículo 8. El Constructor viene obligado a comunicar a la propiedad la persona designada como delegado suyo en la obra, que tendrá carácter de Jefe de la misma, con dedicación plena, y con facultades para representarle y adoptar en todo momento cuantas decisiones competan a la contrata. Serán sus funciones las del Constructor según se especifica en el artículo 4. Cuando la importancia de las obras lo requiera y así se consigne en el Pliego de "Condiciones Particulares de Índole Facultativa", el Delegado del Contratista será un facultativo de grado superior o grado medio, según los casos. El Pliego de Condiciones particulares determinará el personal facultativo o especialista que el Constructor se obligue a mantener en la obra como mínimo, y el tiempo de dedicación comprometido. El incumplimiento de esta obligación o, en general, la falta de cualificación suficiente por parte del personal según la naturaleza de los trabajos, facultará al Director de Obra para ordenar la paralización de las obras, sin derecho a reclamación alguna, hasta que se subsane la deficiencia. 2.2.5.-Presencia del constructor en la obra. Artículo 9. El Jefe de obra, por sí o por medio de sus técnicos o encargados, deberá estar presente durante la jornada legal de trabajo y acompañará al Director de Obra en las visitas que haga a las obras, poniéndose a su disposición para la práctica de los reconocimientos que se consideren necesarios y suministrándoles los datos precisos para la comprobación de mediciones y liquidaciones. 2.2.6.-Trabajos no estipulados expresamente. Artículo 10. Es obligación de la contrata el ejecutar cuando sea necesario para la buena construcción y aspecto de las obras, aún cuando no se halle expresamente determinado en Pliego de condiciones. 147 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 los documentos del Proyecto, siempre que, sin separarse de su espíritu y recta interpretación, lo disponga el Director de Obra dentro de los límites de posibilidades que los presupuestos habiliten para cada unidad de obra y tipo de ejecución. En defecto de especificación en el Pliego de Condiciones particulares, se entenderá que requiere reformado de proyecto con consentimiento expreso de la propiedad, toda variación que suponga incremento de precios de alguna unidad de obra en más del 20 por 100 o del total del presupuesto en más de un 10 por 100. 2.2.7.-Interpretaciones, aclaraciones y modificaciones de los documentos del proyecto. Artículo 11. Cuando se trate de aclarar, interpretar o modificar preceptos de los Pliegos de Condiciones o indicaciones de los planos o croquis, las órdenes e instrucciones correspondientes se comunicarán precisamente por escrito al Constructor, estando éste obligado a su vez a devolver los originales o las copias suscribiendo con su firma el enterado, que figurará al pie de todas las órdenes, avisos o instrucciones que reciba del Director de Obra. Cualquier reclamación que en contra de las disposiciones tomadas por éstos crea oportuno hacer el Constructor, habrá de dirigirla, dentro del plazo de tres días, a quien la hubiere dictado, el cual dará al Constructor el correspondiente recibo, si éste lo solicitase. Artículo 12. El Constructor podrá requerir al Director de Obra las instrucciones o aclaraciones que se precisen para la correcta interpretación y ejecución de lo proyectado. 2.2.8.-Reclamaciones contra las órdenes de la dirección facultativa. Artículo 13. Las reclamaciones que el Contratista quiera hacer contra las órdenes o instrucciones dimanadas de la Dirección Facultativa, sólo podrá presentarlas, a través del Director de Obra, ante la propiedad, si son de orden económico y de acuerdo a las condiciones estipuladas en los Pliegos de Condiciones correspondientes. Contra disposiciones de orden técnico del Ingeniero Técnico Director de Obra, no se admitirá reclamación alguna, pudiendo el contratista salvar su responsabilidad, si lo estima oportuno, mediante exposición razonada dirigida al Director de obra, el cual podrá limitar su contestación al acuse de recibo, que en todo caso será obligatorio para este tipo de reclamaciones. Pliego de condiciones. 148 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 2.2.9.-Recusación por el contratista del personal nombrado por el director de obra. Artículo 14. El Constructor no podrá recusar al Director de Obra o personal encargado por éstos de la vigilancia de las obras, ni pedir que por parte de la propiedad se designen otros facultativos para los reconocimientos y mediciones. Cuando se crea perjudicado por la labor de éstos, procederá de acuerdo con lo estipulado en el artículo precedente, pero sin que por esta causa puedan interrumpirse ni perturbarse la marcha de los trabajos. 2.2.9.-Faltas del personal. Artículo 15. El Director de Obra, en supuestos de desobediencia a sus instrucciones, manifiesta incompetencia o negligencia grave que comprometan o perturben la marcha de los trabajos, podrá requerir al Contratista que aparte de la obra a los dependientes u operarios causantes de la perturbación. Artículo 16. El Contratista podrá subcontratar capítulos o unidades de obra a otros contratistas e industriales, con sujeción en su caso a lo estipulado en el Pliego de Condiciones particulares, y sin perjuicio de sus obligaciones como Contratista general de la obra. 2.3.-PRESCRIPCIONES GENERALES RELATIVAS MATERIALES Y A LOS MEDIOS AUXILIARES. A LOS TRABAJOS, A LOS 2.3.1.-Caminos y accesos. Artículo 17. El Constructor dispondrá por su cuenta los accesos a la obra y el cerramiento o vallado de ésta. El Director de Obra podrá exigir su modificación o mejora. 2.3.2.-Replanteo. Artículo 18. Antes de dar comienzo las Obras, el Ingeniero Director, junto al personal subalterno necesario y en presencia del Contratista o su representante, procederá al replanteo general de la obra. El Constructor se hará cargo de las estacas, señales y referencias que se dejen en el terreno como consecuencia del replanteo iniciará las obras con el replanteo de las mismas en el terreno, señalando las referencias principales que mantendrá como base de ulteriores replanteos parciales. Dichos trabajos se considerarán a cargo del Contratista e incluidos en su oferta. Pliego de condiciones. 149 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 El Director podrá ejecutar u ordenar cuantos replanteos parciales considere necesarios durante el periodo de construcción para que las obras se realicen conforme al proyecto y a las modificaciones del mismo que sean aprobadas. 2.3.3.-Comienzo de la obra. Ritmo de ejecución de los trabajos. Artículo 19. El Constructor dama comienzo a las obras en el plazo marcado en el Pliego de Condiciones Particulares, desarrollándolas en la forma necesaria para que dentro de los periodos parciales en aquel señalados queden ejecutados los trabajos correspondientes y, en consecuencia, la ejecución total se lleve a efecto dentro del plazo exigido en el Contrato. Obligatoriamente y por escrito deberá el contratista dar cuenta al Director de Obra del comienzo de los trabajos al menos con tres días de antelación. 2.3.4.-Orden de los trabajos. Artículo 20. En general, la determinación del orden de los trabajos será compatible con los plazos programados y es facultad de la contrata, salva aquellos casos en que, por circunstancias de orden técnico, estime conveniente su variación de la Dirección Facultativa. 2.3.5.-Facilidades para otros contratistas. Artículo 21. De acuerdo con lo que requiera la Dirección Facultativa, el Contratista General deberá dar todas las facilidades razonables para la realización de los trabajos que les sean encomendados a todos los demás contratistas que intervengan en la obra. Ello sin perjuicio de las compensaciones económicas a que haya lugar entre Contratistas por utilización de medios auxiliares o suministros de energía u otros conceptos. En caso de litigio, ambos contratistas estarán a lo que resuelva la Dirección Facultativa. 2.3.6.-Ampliación de proyecto por causas imprevistas o de fuerza mayor. Artículo 22. Cuando sea preciso por motivo imprevisto o por cualquier accidente ampliar el Proyecto, no se interrumpirán los trabajos, continuándose siguiendo una recta interpretación del proyecto y según las instrucciones dadas por el Director de Obra, en tanto se formula o tramita el Proyecto Reformado. El Constructor está obligado a realizar con su personal y sus materiales cuanto la Dirección de las obras disponga para apeos, apuntalamientos, derribos, recalzos o cualquier otra obra de carácter urgente, anticipando de momento este servicio, cuyo importe le será consignado en un presupuesto adicional o abonado directamente, de acuerdo con lo que se convenga. Pliego de condiciones. 150 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 2.3.7.-Prórroga por causa de fuerza mayor. Artículo 23. Si por causa de fuerza mayor o independiente de la voluntad del Constructor, éste no pudiese comenzar las obra, o tuviese que suspenderlas, o no le fuera posible terminarlas en los plazos prefijados, se le otorgará una prórroga proporcionada para el cumplimiento de la contrata, previo informe favorable del Director de Obra. Para ello, el Constructor expondrá, en escrito dirigido al Director de Obra, la causa que impide la ejecución o la marcha de los trabajos y el retraso que por ello se originaría en los plazos acordados, razonando debidamente la prórroga que por dicha causa solicita. 2.3.8.-Responsabilidad de la dirección facultativa en el retraso de la obra. Artículo 24. El Contratista no podrá excusarse de no haber cumplido los plazos de las obras estipulados, alegando como causa la carencia de planos u órdenes de la Dirección Facultativa, a excepción del caso en que habiéndolo solicitado por escrito no se le hubiesen proporcionado. 2.3.9.-Condiciones generales de ejecución de los trabajos. Artículo 25. Todos los trabajos se ejecutarán con estricta sujeción al Proyecto, a las modificaciones del mismo que previamente hayan sido aprobadas y a las órdenes e instrucciones que bajo su responsabilidad y por escrito entregue el Director de Obra al Constructor, dentro de las limitaciones presupuestarias y de conformidad con lo especificado en el artículo 10. 2.3.10.-Obras ocultas. Artículo 26. De todos los trabajos y unidades de obra que hayan de quedar ocultos a la terminación del edificio, se levantarán los planos precisos para que queden perfectamente definidos; estos documentos se extenderán por triplicado, entregándose uno al Director de Obra, otro al Promotor y otro al Contratista, firmados todos ellos por los tres. Dichos planos, que deberán ir suficientemente acotados, se considerarán documentos indispensables e irrecusables para efectuar las mediciones. 2.3.11.-Trabajos defectuosos. Artículo 27. El Constructor debe emplear los materiales que cumplan las condiciones exigidas en las "Condiciones Generales y Particulares de índole técnica" del Pliego de Condiciones y realizará todos y cada uno de los trabajos contratados de acuerdo con lo especificado también en dicho documento. Por ello, y hasta que tenga lugar la recepción definitiva del edificio, es responsable de la ejecución de los trabajos que ha contratado y de las faltas y defectos que en éstos puedan existir por su mala ejecución o por la deficiente calidad de los materiales empleados o Pliego de condiciones. 151 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 aparatos colocados, sin que le exonere de responsabilidad el control que compete al Director de Obra, ni tampoco el hecho de que estos trabajos hayan sido valorados en las certificaciones parciales de obra, que siempre se entenderán extendidas y abonadas a buena cuenta. Como consecuencia de lo anteriormente expresado, cuando el Director de obra advierta vicios o defectos en los trabajos ejecutados, o que los materiales empleados o los aparatos colocados no reúnen las condiciones preceptuadas, ya sea en el curso de la ejecución de los trabajos, o finalizados éstos, y antes de verificarse la recepción definitiva de la obra, podrá disponer que las partes defectuosas sean demolidas y reconstruidas de acuerdo con lo contratado, y todo ello a expensas de la contrata. 2.3.12.-Vicios ocultos. Artículo 28. Si el Director de Obra tuviese fundadas razones para creer en la existencia de vicios ocultos de construcción en las obras ejecutadas, ordenará efectuar en cualquier tiempo, y antes de la recepción definitiva, los ensayos, destructivos o no, que crea necesarios para reconocer los trabajos que suponga defectuosos. Los gastos que se ocasionen serán de cuenta del Constructor, siempre que los vicios existan realmente. En caso contrario serán a cargo de la Propiedad. 2.3.13.-De los materiales y de los aparatos. Su procedencia. Artículo 29. El Constructor tiene libertad de proveerse de los materiales y aparatos de todas clases en los puntos que le parezca conveniente, excepto en los casos en que el Pliego Particular de Condiciones Técnicas preceptúe una procedencia determinada. Todos los materiales serán de la mejor calidad y su colocación será perfecta. Tendrán las dimensiones que marquen los documentos del Proyecto y la Dirección Facultativa. El transporte, manipulación y empleo de los materiales se hará de manera que no queden alteradas sus características ni sufran deterioro sus formas o dimensiones. Obligatoriamente, y antes de proceder a su empleo o acopio, el Constructor deberá presentar al Director de Obra una lista completa de los materiales y aparatos que vaya a utilizar en la que se especifiquen todas las indicaciones sobre marcas, calidades, procedencia e idoneidad de cada uno de ellos. 2.3.14.-Presentación de muestras. Artículo 30. A petición del Director de Obra, el Constructor le presentará las muestras de los materiales antes de su empleo en obra, sin cuya aprobación no podrán utilizarse en la construcción. Pliego de condiciones. 152 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 2.3.15.-Materiales no utilizables. Artículo 31. El Constructor, a su costa, trasportará y colocará, agrupándolos ordenadamente y en el lugar adecuado, los materiales procedentes de las excavaciones, derribos, etc., que no sean utilizables en la obra. Se retirarán de ésta o se llevarán al vertedero, cuando así estuviese establecido en el Pliego de Condiciones particulares vigente en la obra. Si no se hubiese preceptuado nada sobre el particular, se retirarán de ella cuando así lo ordene el Director de Obra, pero acordando previamente con el Constructor su justa tasación, teniendo en cuenta el valor de dichos materiales y los gastos de su transporte. 2.3.16.-Materiales y aparatos defectuosos. Artículo 32. Cuando los materiales, elementos de instalaciones o aparatos no fuesen de la calidad prescrita en este Pliego, o no tuvieran la preparación en él exigida o, en fin, cuando ante la falta de prescripciones formales de aquel se reconociera o demostrara que no eran adecuados para su objeto, el Director de Obra dará orden al Constructor de sustituirlos por otros que satisfagan las condiciones o llenen el objeto a que se destinen. Si a los quince días de recibir el Constructor orden de que retire los materiales que no estén en condiciones, no ha sido cumplida, podrá hacerlo la Propiedad cargando los gastos a la Contrata. Si los materiales, elementos de instalaciones o aparatos fueran defectuosos, pero aceptables a juicio del Director de Obra, se recibirán pero con la rebaja del precio de aquél que determine, a no ser que el Constructor prefiera sustituirlos por otros en condiciones. 2.3.17.-Gastos ocasionados por pruebas y ensayos. Artículo 33. Todas las pruebas, análisis y ensayos de materiales o elementos que intervengan en la ejecución de las obras serán verificados conforme indique el director de obra y serán de cuenta de la contrata todos los gastos que ello origine. Se incluye el coste de los materiales que se ha de ensayar, la mano de obra, herramientas, transporte, gastos de toma de muestras, minutas de laboratorio, tasas, etc. Todo ensayo que no haya resultado satisfactorio o que no ofrezca las garantías suficientes, podrá comenzarse de nuevo a cargo del mismo. 2.3.18.-Limpieza de las obras. Artículo 34. Es obligación del Constructor mantener limpias las obras y sus alrededores, tanto de escombros como de material sobrante, hacer desaparecer las instalaciones Pliego de condiciones. 153 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 provisionales que no sean necesarias, así como adoptar las medidas y ejecutar todos los trabajos que sean necesarios para que la obra ofrezca buen aspecto. 2.3.19.-Obras sin prescripciones. Artículo 35. En la ejecución de trabajos que entran en la construcción de las obras y para los cuales no existan prescripciones consignadas explícitamente en éste Pliego ni en la restante documentación del Proyecto, el Constructor se atendrá, en primer término, a las instrucciones que dicte la Dirección Facultativa de las obras y, en segundo lugar, a las reglas y prácticas de la buena construcción. 3.-CAPÍTULO II. CONDICIONES ECONÓMICAS. 3.1.-EPÍGRAFE I. 3.1.1.-Principio general. Artículo 36. Todos los que intervienen el proceso de construcción tienen derecho a percibir puntualmente las cantidades devengadas por su correcta actuación con arreglo a las condiciones contractualmente establecidas. Artículo 37. La propiedad, el contratista y, en su caso, los técnicos pueden exigirse recíprocamente las garantías adecuadas al cumplimiento puntual de sus obligaciones de pago. 3.2.-EPÍGRAFE II. 3.2.1.-Fianzas. Artículo 38. El Contratista prestará fianza con arreglo a alguno de los siguientes procedimientos, según se estipule: a) Depósito previo, en metálico o valores, o aval bancario, por importe entre el 3 por 100 y el 10 por 100 del precio total de la contrata. b) Mediante retención en las certificaciones parciales o pagos a cuenta en igual proporción. 3.2.2.-Fianza provisional. Artículo 39. En el caso de que la obra se adjudique por subasta pública, el depósito provisional para tomar parte en ella se especificará en el anuncio de la misma, y su cuantía será de ordinario, y salvo estipulación distinta en el Pliego de Condiciones particulares Pliego de condiciones. 154 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 vigente en la obra, de un tres por ciento (3 por 100) como mínimo, del total del presupuesto de contrata. El Contratista a quien se haya adjudicado la ejecución de una obra o servicio para la misma, deberá depositar en el punto y plazo fijados en el anuncio de la subasta o el que se determine en el Pliego de Condiciones particulares del Proyecto, la fianza definitiva que se señale y, en su defecto, su importe será el 10 por 100 de la cantidad por la que se haga la adjudicación de la obra, fianza que puede constituirse en cualquiera de las formas especificados en el apartado anterior. El plazo señalado en el párrafo anterior, y salvo condición expresa establecida en el Pliego de Condiciones particulares, no excederá de treinta días naturales a partir de la fecha en que se le comunique la adjudicación, y dentro de él deberá presentar el adjudicatario la carta de pago o recibo que acredite la constitución de la fianza a que se refiere el mismo párrafo. La falta de cumplimiento de este requisito dará lugar a que se declare nula la adjudicación, y el adjudicatario perderá el depósito provisional que hubiese hecho para tomar parte en la subasta. 3.2.3.-Ejecución de trabajos con cargo a la fianza. Artículo 40. Si el Contratista se negase a hacer por su cuenta los trabajos precisos para ultimar la obra en las condiciones contratadas, el Director de Obra, en nombre y representación del Propietario, los ordenará ejecutar a un tercero, o, podrá realizarlos directamente por administración, abonando su importe con la fianza depositada, sin perjuicio de las acciones a que tenga derecho el Propietario, en el caso de que el importe de la fianza no bastare para cubrir el importe de los gastos efectuados en las unidades de obra que no fuesen de recibo. 3.2.4.-De su devolución en general. Artículo 41. La fianza retenida será devuelta al Contratista en un plazo que no excederá de treinta días una vez firmada el Acta de Recepción Definitiva de la obra. La Propiedad podrá exigir que el Contratista le acredite la liquidación y finiquito de sus deudas causadas por la ejecución de la obra, tales como salarios, suministros, subcontratos... 3.2.5.-Devolución de la fianza en el caso de efectuarse recepciones parciales. Artículo 42. Si la Propiedad, con la conformidad del Director de Obra, accediera a hacer recepciones parciales, tendrá derecho el Contratista a que se le devuelva la parte proporcional de la fianza. Pliego de condiciones. 155 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.3.-EPÍGRAFE III. DE LOS PRECIOS. 3.3.1.-Composición de precios unitarios. Artículo 43. El cálculo de los precios de las distintas unidades de obra es el resultado de sumar los costes directos, los indirectos, los gastos generales y el beneficio industrial. Se considerarán costes directos: a) La mano de obra, con sus pluses y cargas y seguros sociales, que interviene directamente en la ejecución de la unidad de obra. b) Los materiales, a los precios resultantes a pie de obra, que queden integrados en la unidad que se trate o que sean necesarios para su ejecución. c) Los equipos y sistemas técnicos de seguridad e higiene para la prevención y protección de accidentes y enfermedades profesionales. d) Los gastos del personal, combustible, energía, etc., que tengan lugar por el accionamiento o funcionamiento de la maquinaria e instalaciones utilizadas en la ejecución de la unidad de obra. e) Los gastos de amortización y conservación de la maquinaria, instalaciones, sistemas y equipos anteriormente citados. Se considerarán costes indirectos: a) Los gastos de instalación de oficinas a pie de obra, comunicaciones, edificación de almacenes, talleres, pabellones temporales para obreros, laboratorio, seguros, etc. b) Los del personal técnico y administrativo adscrito exclusivamente a la obra y los imprevistos. Todos estos gastos se cifrarán en un porcentaje de los costes directos. Se considerarán gastos generales: Los gastos generales de la empresa, gastos financieros, cargas fiscales y tasa de la Administración, legalmente establecidos. Se cifrarán como un porcentaje de la suma de los costes directos e indirectos (en los contratos de obras de la Administración pública este porcentaje se establece entre un 13 y un 17 por 100). Beneficio industrial: El beneficio industrial del Contratista se establece en el 6 por 100 sobre la suma de las anteriores partidas. Precio de Ejecución material: Pliego de condiciones. 156 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Se denomina Precio de Ejecución material al resultado obtenido por la suma de los anteriores conceptos a excepción del Beneficio Industrial. Precio de Contrata: El precio de Contrata es la suma de los costes directos, indirectos, los gastos Generales y el Beneficio Industrial. El IVA gira sobre esta suma pero no integra el precio. 3.3.2.-Precios de contrata. Importe de contrata. Artículo 44. En el caso de que los trabajos a realizar en un edifico u obra aneja cualquiera se contratasen a riesgo y ventura, se entiende por Precio de contrata el que importa el coste total de la unidad de obra, es decir, el precio de Ejecución material, más el tanto por ciento sobre este último precio en concepto de Beneficio Industrial del Contratista. El beneficio se estima normalmente, en 6 por 100, salvo que en las condiciones particulares se establezca otro distinto. 3.3.3.-Precios contradictorios. Artículo 45. Se producirán precios contradictorios sólo cuando la Propiedad por medio del Director de Obra decida introducir unidades o cambios de calidad en alguna de las previstas, o cuando sea necesario afrontar alguna circunstancia imprevista. El Contratista estará obligado a efectuar los cambios. A falta de acuerdo, el precio se resolverá contradictoriamente entre el Director de Obra y el Contratista antes de comenzar la ejecución de los trabajos y en el plazo que se determine en el Pliego de Condiciones particulares, siempre teniendo en cuenta la descomposición de precios del cuadro correspondiente. Si subsiste la diferencia se acudirá, en primer lugar, al concepto más análogo dentro de cuadro de precios del Proyecto, y en segundo lugar al banco de precios de uso más frecuente en la localidad. Los contradictorios que hubiere se referirán siempre a los precios unitarios de la fecha del contrato. 3.3.4.-Reclamaciones de aumento de precios por causas diversas. Artículo 46. Si el Contratista, antes de la firma del contrato, no hubiese hecho la reclamación u observación oportuna, no podrá bajo ningún pretexto de error u omisión reclamar aumento de los precios fijados en el cuadro correspondiente del presupuesto que sirva de base para la ejecución de las obras (con referencia a Facultativas). 3.3.5.-Formas tradicionales de medir o de aplicar precios. Pliego de condiciones. 157 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Artículo 47. En ningún caso podrá alegar el Contratista los usos y costumbres del país respecto de la aplicación de los precios o de la forma de medir las unidades de obra ejecutadas, se estará a los previsto en primer lugar, al Pliego de Condiciones Técnicas, y en segundo lugar, al Pliego de Condiciones Particulares. 3.3.6.-De la revisión de los precios contratados. Artículo 48. Contratándose las obras a riesgo y ventura, no se admitirá la revisión de los precios en tanto que el incremento no alcance, en la suma de las unidades que falten por realizar de acuerdo con el Calendario, un montaje superior al 3 por 100 del importe total del presupuesto de Contrato. 3.3.7.-Acopio de materiales. Artículo 49. El Contratista queda obligado a ejecutar los acopios de materiales o aparatos de obra que la Propiedad ordene por escrito. Los materiales acopiados, una vez abonados por el Propietario, son de la exclusiva propiedad de ésta; de su guarda y conservación será responsable el Contratista. 3.4.-EPÍGRAFE IV. OBRAS POR ADMINISTRACIÓN. 3.4.1.-Administración. Artículo 50. Se denominan Obras por Administración aquellas en las que las gestiones que se precisan para su realización las lleva directamente el propietario, bien por sí o por un representante suyo o bien por mediación de un constructor. Las obras por administración se clasifican en las dos modalidades siguientes: a) Obras por administración directa. b) Obras por administración delegada o indirecta. 3.4.2.-Obras por administración directa. Artículo 51. Se denominan "Obras por Administración directa" aquellas en las que el Propietario por sí o por mediación de un representante suyo, que puede ser el propio Director de Obra, expresamente autorizado a estos efectos, lleve directamente las gestiones precisas para la ejecución de la obra, adquiriendo los materiales, contratando su transporte a la obra y, en suma, interviniendo directamente en todas las operaciones precisas para que el personal y los obreros contratados por él puedan realizarla; e estas obras el constructor, si lo hubiese, o el encargado de su realización, es un mero dependiente del propietario, ya sea como empleado suyo o como autónomo contratado por él, que es quien reúne en sí, por tanto, la doble personalidad de Propietario y Contratista. Pliego de condiciones. 158 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.4.3.-Obras por administración delegada o indirecta. Artículo 52. Se entiende por "Obras por Administración delegada o indirecta" la que convienen un Propietario y un Constructor para que éste, por cuenta de aquel y como delegado suyo, realice las gestiones y los trabajos que se precisen y se convengan. Son, por tanto, características peculiares de las Obras por Administración delegada o indirecta las siguientes: a) Por parte del Propietario, la obligación de abonar directamente o por mediación del Constructor todos los gastos inherentes a la realización de los trabajos convenidos reservándose el Propietario la facultad de poder ordenar, bien por sí o por medio del Director de Obra en su representación, el orden o la marcha de los trabajos, la elección de los materiales y aparatos que en los trabajos han de emplearse y, en suma, todos los elementos que crea preciso para regular la realización de los trabajos convenidos. b) Por parte del Constructor, la obligación de llevar la gestión práctica de los trabajos, aportando sus conocimientos constructivos, los medios auxiliares precisos y, en suma, todo lo que, en armonía con su cometido, se requiera para la ejecución de los trabajos, percibiendo por ello del Propietario un tanto por ciento fijado prefijado sobre el importe total de los gastos efectuados y abonados por el Constructor. 3.4.4.-Liquidación de obras por administración. Artículo 53. Para la administración de los trabajos que se ejecuten por administración delegada o indirecta, regirán las normas que a tales fines se establezcan en las "Condiciones particulares de índole económica" vigentes en la obra; a falta de ellas, las cuentas de administración las presentará el Constructor al Propietario, en relación valorada a la que deberá acompañarse y agrupados en el orden que se expresan los documentos siguientes todos ellos conformados por el Director de Obra: a) Las facturas originales de los materiales adquiridos para los trabajos y el documento adecuado que justifique el depósito o el empleo de dichos materiales en la obra. b) Las nóminas de los jornales abonados, ajustadas a lo establecido en la legislación vigente, especificando el número de horas trabajadas en la obra por los operarios de cada oficio y su categoría, acompañando a dichas nóminas una relación numérica de los encargados, capataces, jefes de equipo, oficiales y ayudantes de cada oficio, peones especializados y sueltos, listeros, guardas, etc., que haya trabajado en la obra durante el plazo de tiempo a que correspondan las nóminas que se presentan. c) Las facturas originales de los transportes de materiales puestos en la obra o de retirada de escombros. Pliego de condiciones. 159 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 d) Los recibos de licencias, impuestos y demás cargas inherentes a la obra que haya pagado o en cuya gestión haya intervenido el Constructor, ya que su abono es siempre a cuenta del Propietario. A la suma de todos los gastos inherentes a la propia obra en cuya gestión o pago haya intervenido el Constructor se le aplicará, a falta de convenio especial, un 15 por 100, entendiéndose que en este porcentaje están incluidos los medios auxiliares y los de seguridad preventivos de accidentes, los Gastos Generales que al constructor originen los trabajos por administración que realiza y el Beneficio Industrial del mismo. 3.4.5.-Abono al constructor de las cuentas de administración delegada. Artículo 54. Salvo pacto distinto, los abonos al Constructor de las cuentas de Administración delegada los realizará el Propietario mensualmente según los partes de trabajos realizados por el propietario o por su delegado representante. Independientemente, e Director de Obra redactará, con igual periodicidad, la medición de la obra realizada, valorándola con arreglo al presupuesto aprobado. Estas valoraciones no tendrán efectos para los abonos al Constructor salvo que se hubiese pactado lo contrario contractualmente. 3.4.6.-Normas para la adquisición de los materiales y aparatos. Artículo 55. No obstante las facultades que en estos trabajos por Administración delegada se reserva el Propietario para la adquisición de los materiales y aparatos, si al Constructor se le autoriza para gestionarlos y adquirirlos, deberá presentar al Propietario, o en su representación al Director de Obra, los precios y las muestras de los materiales y aparatos ofrecidos, necesitando su previa aprobación antes de adquirirlos. 3.4.7.-Responsabilidad del constructor en el bajo rendimiento de los obreros. Artículo 56. Si de los partes mensualmente de obra ejecutada que preceptivamente debe presentar el Constructor al Director de Obra, éste advirtiese que los rendimientos de la mano de obra, en todas o en algunas de las unidades de obra ejecutadas, fuesen notoriamente inferiores a los rendimientos normales generalmente admitidos para unidades de obra iguales o similares, se lo notificará por escrito al Constructor, con el fin de que éste haga las gestiones precisas para aumentar la producción en la cuantía señalada por el Director de Obra. Si hecha esta notificación al Constructor, en los meses sucesivos, los rendimientos no llegasen a los normales, el Propietario que da facultado para resarcirse de la diferencia, rebajando su importe de quince por ciento (15 %) que por los conceptos antes expresados correspondería abonarle al Constructor en las liquidaciones quincenales que Pliego de condiciones. 160 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 preceptivamente deban efectuársele. En caso de no llegar ambas partes a un acuerdo en cuanto a los rendimientos de la mano de obra, se someterá el caso a arbitraje. 3.4.8.-Responsabilidades del Constructor. Artículo 57. En los trabajos de "Obras por Administración delegada", el Constructor solo será responsable de los defectos constructivos que pudieran tener los trabajos o unidades por él ejecutadas y también de los accidentes o perjuicios que pudieran sobrevenir a los obreros o a terceras personas por no haber tomado las medidas precisas que en las disposiciones legales vigentes se establecen. En cambio, y salvo lo expresado en el artículo 54 precedente, no será responsable del mal resultado que pudiesen dar los materiales y aparatos elegidos con arreglo a las normas establecidas en dicho artículo. En virtud de lo anteriormente consignado, el Constructor está obligado a reparar por su cuenta los trabajos defectuosos y a responder también de los accidentes o perjuicios expresados en el párrafo anterior. 3.5.-EPÍGRAFE V. DE LA VALORACIÓN Y ABONO DE LOS TRABAJOS. 3.5.1.-Formas varias de abono de las obras. Artículo 58. Según la modalidad elegida para la contratación de las obras y salvo que en el Pliego Particular de Condiciones económicas, se preceptúe otra cosa, el abono de los trabajos se efectuará de la siguiente manera: 1. Tipo fijo o tanto alzado total. Se abonará la cifra previamente fijada como base de la adjudicación, disminuida en su caso en el importe de baja efectuada por el adjudicatario. 2. Tipo fijo o tanto alzado por unidad de obra, cuyo precio invariable se haya fijado de antemano, pudiendo variar solamente el número de unidades ejecutadas. Previa medición y aplicando al total de las diversas unidades de obra ejecutadas, del precio invariable estipulad para cada una de ellas, se abonará al contratista el importe de las comprendidas en los trabajos ejecutados y ultimados con arreglo y sujeción a los documentos que constituyen el Proyecto, los que servirán de base para la medición y valoración de las diversas unidades. 3. Tanto variable por unidad de obra, según las condiciones en que se realice y los materiales autorizados en la forma que el presente "Pliego General de Condiciones Económicas" determina. Se abonará al Contratista en idénticas condiciones al caso anterior. 4. Por listas de jornales y recibos de materiales, autorizados en la forma que el presente "Pliego General de Condiciones Económicas" determina. 5. Por horas de trabajo, ejecutado en las condiciones determinadas en el Contrato. Pliego de condiciones. 161 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.5.2.-Relaciones valoradas y certificaciones. Artículo 59. En cada una de las épocas o fechas que se fijen en el contrato o en los "Pliegos de Condiciones Particulares" que rijan en la obra, formará con Contratista una relación valorada de las obras ejecutadas durante los plazos previstos, según la medición que habrá practicado el Director de Obra. Lo ejecutado por el Contratista en las condiciones preestablecidas, se valorará aplicando al resultado de la medición general, cúbica, superficial, lineal, ponderal o numeral correspondiente para cada unidad de obra, los precios señalados en el presupuesto para cada una de ellas, teniendo presente además lo establecido en el presente "Pliego General de Condiciones económicas", respecto a mejoras o sustituciones de material y a las obras accesorias y especiales, etc. Al Contratista, que podrá presenciar las mediciones necesarias para extender dicha relación, se le facilitarán por el Director de Obra los datos correspondientes de la relación valorada, acompañándolos de una nota de envío, al objeto de que, dentro del plazo de diez días a partir de la fecha del recibo de dicha nota, pueda el Contratista examinarlos o devolverlos firmados con su conformidad o hacer, en caso contrario, las observaciones o reclamaciones que considere oportunas. Dentro de los diez días siguientes a su recibo, el Director de Obra aceptará o rechazará las reclamaciones del Contratista si las hubiera, dando cuenta al mismo de su resolución, pudiendo éste, en el segundo caso, acudir ante el Propietario contra la resolución del Director de Obra en la forma prevenida en los "Pliegos Generales de Condiciones Facultativas y Legales". Tomando como base la relación valorada indicada en el párrafo anterior, expedirá el Director de Obra la certificación de las obras ejecutadas. De su importe se deducirá el tanto por ciento que para la constitución de la fianza se haya preestablecido. El material acopiado a pie de obra por indicación expresa y por escrito del Propietario, podrá certificarse hasta el noventa por ciento de su importe, a los precios que figuren en los documentos del Proyecto, sin afectarlos del tanto por ciento de la contrata. Las certificaciones se remitirán al Propietario, dentro del mes siguiente al periodo a que se refieren y tendrán el carácter de documento y entregas a buena cuenta, sujetas a las rectificaciones y variaciones que se deriven de la liquidación final, no suponiendo tampoco dichas certificaciones aprobación ni recepción de las obras que comprenden. Las relaciones valoradas contendrán solamente la obra ejecutada en el plazo a que la valoración se refiere. En el caso de que el Director de Obra lo exigiera, las certificaciones se extenderán al origen. Pliego de condiciones. 162 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.5.3.-Mejoras de obras libremente ejecutadas. Artículo 60. Cuando el Contratista, incluso con la autorización del Director de Obra, emplease materiales de más esmerada preparación o de mayor tamaño que el señalado en el Proyecto o sustituyese una clase de fábrica con otra que tuviese asignado mayor precio, o ejecutase con mayores dimensiones cualquiera parte de las obras, o, en general, introdujese en ésta y sin pedírsela, cualquiera otra modificación que sea beneficiosa a juicio del Director de Obra, no tendrá derecho, sin embargo, más que al bono de lo que pudiera corresponderle en el caso de que hubiese construido la obra con estricta sujeción a la proyectada y contratada o adjudicada. 3.5.4.-Abono de trabajos presupuestados con partida alzada. Artículo 61. Salvo lo preceptuado en el "Pliego de Condiciones Particulares de índole económica" vigente en la obra, el abono de los trabajos presupuestados en partida alzada, se efectuará de acuerdo con el procedimiento que corresponda entre los que a continuación se expresan: a) Si existiesen precios contratados para unidades de obra iguales, las presupuestadas mediante partida alzada, se abonarán previa medición y aplicación del precio establecido. b) Si existen precios contratados para unidades de obra similares, se establecerán precios contradictorios para las unidades con partida alzada, deducidos de los similares contratados. c) Si no existen precios contratados para unidades de obra iguales o similares, la partida alzada se abonará íntegramente al Contratista, salvo el caso de que en el Presupuesto de la obra se exprese que el importe de dicha partida debe justificarse, en cuyo caso, el Director de Obra indicará al Contratista y con anterioridad a su ejecución, el procedimiento que ha de seguirse para llevar dicha cuenta, que en realidad será de Administración, valorándose los materiales y jornales a los precios que figuren en el Presupuesto aprobado o, en su defecto, a los que con anterioridad a la ejecución convengan las dos partes, incrementándose su importe total con el Porcentaje que se fije en el Pliego de Condiciones Particulares en concepto de Gastos Generales y Beneficio Industrial del Contratista. 3.5.5.-Abono de agotamientos y otros trabajos especiales no contratados. Artículo 62. Cuando fuese preciso efectuar agotamientos, inyecciones u otra clase de trabajos de cualquiera índole especial u ordinaria, que por no estar contratados no sean de cuenta del contratista, y si no se contratasen con tercera persona, tendrá el Contratista la obligación de realizarlos y de satisfacer los gastos de toda clase que ocasionen, los cuales le serán abonados por el Propietario por separado de la contrata. Pliego de condiciones. 163 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Además de reintegrar mensualmente estos gastos al Contratista, se le abonará juntamente con ellos el tanto por ciento del importe total que, en su caso, se especifique en el Pliego de Condiciones Particulares. 3.5.6.-Pagos. Artículo 63. Los pagos se efectuarán por el Propietario en los plazos previamente establecidos, y su importe corresponderá precisamente al de las certificaciones de obra conformadas por el Director de Obra, en virtud de las cuales se verificarán aquellos. 3.5.7.-Abono de trabajos ejecutados durante el plazo de garantía. Artículo 64. Efectuada la recepción provisional y si durante el plazo de garantía se hubieran ejecutado trabajos cualesquiera, para su abono se procederá así: 1. Si los trabajos que se realicen estuvieran especificados en el Proyecto, y sin causa justificada no se hubieran realizado por el contratista a su debido tiempo, y el Director de Obra exigiera su realización durante el plazo de garantía, serán valorados a los precios que figuren en el Presupuesto y abonado de acuerdo con lo establecido en los "Pliegos Particulares" o en su defecto en los Generales, en el caso de que dichos precios fuesen inferiores a los que rijan en la época de su realización; en caso contrario, se aplicarán estos últimos. 2. Si se han ejecutado trabajos para la reparación de desperfectos ocasionados por deficiencia de la construcción o de la calidad de los materiales, nada se abonará por ellos al Contratista. 3.6.-EPÍGRAFE VI. DE LAS INDEMNIZACIONES MUTUAS. 3.6.1.-Importe de la indemnización por retraso no justificado en el plazo de terminación de las obras. Artículo 65. La indemnización por retraso en la terminación se establecerá en un tanto por mil del importe total de los trabajos contratados, por cada día natural de retraso, contados a partir del día de terminación fijado en el Calendario de Obra. Las sumas resultantes se descontarán y retendrán con cargo de fianza. 3.6.2.-Demora de los pagos. Artículo 66. Si el Propietario no efectuase el pago de las obras ejecutadas, dentro del mes siguiente al que corresponde el plazo convenido, el Contratista además tendrá el derecho de percibir el abono de un 4,5% anual, en concepto de intereses de demora, durante el espacio de tiempo del retraso y sobre el importe de la mencionada certificación. Pliego de condiciones. 164 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Si aún transcurrieran dos meses a partir del término de dicho plazo de un mes sin realizarse dicho pago, tendrá derecho el Contratista a la resolución del Contrato, procediéndose a la liquidación correspondiente de las obras ejecutadas y de los materiales acopiados, siempre que éstos reúnan las condiciones preestablecidas y que su cantidad no exceda de la necesaria para la terminación de la obra contratada o adjudicada. No obstante lo anteriormente expuesto, se rechazará toda solicitud de resolución del contrato fundada en dicha demora de pagos, cuando el Contratista no justifique que en la fecha de dicha solicitud ha invertido en obra o en materiales acopiados admisibles la parte de presupuesto correspondiente a plazo de ejecución que tenga señalado en el contrato. 3.7.-EPÍGRAFE VII. VARIOS. 3.7.1.-Mejoras y aumentos de obra. Casos contrarios. Artículo 67. No se admitirán mejoras de obra, más que en el caso en que el Director de Obra haya ordenado por escrito la ejecución de trabajos nuevos o que mejoren la calidad de los contratados, así como la de los materiales y aparatos previstos en el contrato. Tampoco se admitirán aumentos de obra en las unidades contratadas, salvo caso de error en las mediciones del Proyecto, a menos que el Director de Obra ordene, también por escrito, la ampliación de las contratadas. En todos estos casos será condición indispensable que ambas partes contratantes, antes de su ejecución o empleo, convengan por escrito los importes totales de las unidades mejoradas, los precios de los nuevos materiales o aparatos ordenados emplear y los aumentos que todas estas mejoras o aumentos de obra supongan sobre el importe de las unidades contratadas. Se seguirán el mismo criterio y procedimiento, cuando el Director de Obra introduzca innovaciones que supongan una reducción apreciable en los importes de las unidades de obra contratadas. 3.7.2.-Unidades de obra defectuosas pero aceptables. Artículo 68. Cuando por cualquier causa fuera menester valorar obra defectuosa, pero aceptable a juicio del Director de Obra, éste determinará el precio o partida de abono después de oír al Contratista, el cual deberá conformarse con dicha resolución, salvo el caso en que, estando dentro del plazo de ejecución, prefiera demoler la obra y rehacerla con arreglo a condiciones, sin exceder de dicho plazo. 3.7.3.-Seguro de las obras. Artículo 69. El Contratista estará obligado a asegurar la obra contratada durante todo el tiempo que dure su ejecución hasta la recepción definitiva; la cuantía del seguro coincidirá Pliego de condiciones. 165 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 en cada momento con el valor que tengan por contrata los objetos asegurados. El importe abonado por la Sociedad Aseguradora, en el caso de siniestro, se ingresará en cuanto a nombre del Propietario, para que con cargo a ella se abone la obra que se construya, y a medida que ésta se vaya realizando. El reintegro de dicha cantidad al Contratista se efectuará por certificaciones, como el resto de los trabajos de la construcción. En ningún caso, salvo conformidad expresa del Contratista, hecho en documento público, el Propietario podrá disponer de dicho importe para menesteres distintos del de reconstrucción de la parte siniestrada; la infracción de lo anteriormente expuesto será motivo suficiente para que el Contratista pueda resolver el contrato, con devolución de fianza, abono completo de gastos, materiales acopiados, etc., y una indemnización equivalente al importe de los daños causados al Contratista por el siniestro y que no se le hubiesen abonado, pero sólo en proporción equivalente a lo que suponga la indemnización abonada por la Compañía de Aseguradora, respecto al importe de los daños causados por el siniestro, que serán tasados a estos efectos por el Director de Obra. En las obras de reforma o reparación, se fijarán previamente la porción de edificio que debe ser asegurada y su cuantía, y si nada se prevé, se entenderá que el seguro ha de comprender toda la parte del edificio afectada por la obra. Los riesgos asegurados y las condiciones que figuren en la póliza o pólizas de Seguros, los pondrá el Contratista, antes de contratarlos, en conocimiento del Propietario, al objeto de recabar de éste su previa conformidad o reparos. Pliego de condiciones. 166 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 PLIEGO DE CONDICIONES PARTICULARES. 1.-CONDICIONES PARTICULARES DE MATERIALES. 1.1.-CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS MATERIALES. Todos los materiales empleados en la obra no podrán ser en ningún caso distintos en sus características a los tipos proyectados. Si hubiese que variar la clase de algunos inicialmente aprobados, los nuevos no podrán ser instalados sin la previa autorización de la Dirección de Obra, la cual podrá someterlos a cuantas pruebas estime oportunas. La de biofiltración y los sistemas de tuberías se diseñarán y fabricarán con materiales que, cumpliendo con las exigencias mecánicas de los equipos, permitan una vida útil razonable. Esta se determinará de acuerdo con la previsión de su renovación y/o sustitución. Para la determinación de la vida útil de dichos materiales, deberá tenerse en cuenta la pérdida de características físico‐químicas tales como: adherencia, endurecimiento, fragilidad, envejecimiento, porosidad, etc. Las paredes de los recipientes y sus tuberías deben estar protegidas contra la corrosión exterior o medio ambiental. Se utilizará para ello pinturas o recubrimientos y materiales resistentes a la corrosión. 1.2.-CONDUCTOS DE PVC. Las tuberías de PVC empleadas para la conducción cumplirán las especificaciones y ensayos fijados en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Saneamiento de Poblaciones (PPTGTSP‐MOPU) de 15 de septiembre (B.O.E. 22 y 23 de septiembre de 1986) y en la UNE 53332:1990, si se usan en saneamiento y el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Agua (PPTGTAAMOPU) de 28 de julio (B.O.E. nº 236, de 2 de octubre de 1974), si son de presión. Los conductos serán de PVC rígido no plastificado, con menos del 1 % de impurezas y más del 96 % de PVC puro. El material estará exento de grietas, granulaciones, burbujas o faltas de homogeneidad. Las paredes serán opacas. El material empleado debe cumplir con el Proyecto de norma (o en su caso la norma definitiva) CEN/TC 155/WG 13. Se someterá a la prueba de estanqueidad de 1 bar. Las uniones se realizarán mediante junta elástica de EPDM (etileno propileno dieno de tipo M ASTM) incorporada al extremo macho y extremo hembra abocardado. Los conductos se almacenarán o acopiarán en obra protegidos de los rayos del sol. En caso de apreciarse decoloración de color teja, se rechazarán los tubos afectados, debiéndose Pliego de condiciones. 167 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 para su aceptación, realizarse los ensayos que acrediten que se mantienen las características propias del tubo especificado. 1.3.-MATERIALES NO INCLUIDOS EN ESTE PLIEGO. Los materiales no incluidos en el presente Proyecto serán de reconocida calidad. El Contratista deberá presentar los catálogos, muestras informes y certificados de los fabricantes que se estimen necesarios. Si la información no se considera suficiente, el Ingeniero Director podrá exigir los ensayos oportunos de los materiales a utilizar. Todo material que no reúna la calidad y condiciones necesarias para el fin al que se destina, será rechazado. El Ingeniero Director podrá señalar un plazo breve para retirar los materiales desechados. En caso de incumplimiento se procederá a retirarlos por cuenta y riesgo del Contratista. 2.-CONDICIONES PARTICULARES DE INSTALACIONES Y EQUIPOS. A continuación se describen las prescripciones técnicas particulares de los equipos e instalaciones del sistema de biofiltración, esto es, tuberías, válvulas, depósitos de almacenamiento, bombas, etc. 2.1.-TUBERÍAS. Por sistema de tuberías se entiende el conjunto de tuberías, bridas, juntas, válvulas, tornillos de sujeción y accesorios de tuberías sometidos a la presión y a la acción del fluido que circula por ellos. El diseño, materiales, fabricación, ensamblaje, pruebas e inspecciones de los sistemas de tuberías, serán adecuados a la velocidad de fluido, presión, pérdida de carga y temperatura de trabajo esperados, para el producto a contener y para los máximos esfuerzos combinados debido a presiones, dilataciones u otras semejantes en las condiciones normales de servicio, transitorias de puesta en marcha, situaciones anormales y de emergencia. Cuando pueda quedar líquido confinado entre recipientes o secciones de tuberías y haya la posibilidad de que este líquido se dilate o vaporice, deberá instalarse un sistema de alivio controlado que impida obtener presiones superiores a las de diseño del equipo o tubería siempre que la cantidad retenida exceda de 50 litros. Así mismo, la instalación estará dotada de las necesarias válvulas de purga, con el fin de evitar una retención de líquidos en las tuberías cuando deba intervenirse o desmontarse las tuberías o recipientes. Pliego de condiciones. 168 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Aquellos puntos del sistema de tuberías en los que exista la posibilidad de proyección de líquidos (por ejemplo, bridas) y se encuentren próximos a los puntos de operación en donde las personas puedan verse expuestas, o vías de circulación, deberán protegerse mediante apantallamientos u otros sistemas adecuados. 2.2.-VÁLVULAS. Las válvulas serán del tipo especificado en la Memoria Descritiva. Estarán libres de defectos, irregularidades, etc., que puedan dificultar su instalación o montaje, o que puedan afectar negativamente a su comportamiento durante el proceso. Durante la instalación se tendrá especial cuidado de alinear correctamente los extremos con la tubería en la que vayan a ser instaladas. 2.3.-BOMBAS. Las bombas estarán diseñadas según normas de reconocida solvencia. Se suministrarán con la correspondiente bancada, sobre la que se montará el conjunto bomba‐motor. La bancada estará constituida por perfiles de acero inoxidable AISI 316, dimensionada de forma que soporte los esfuerzos de arranque y garantizará la estabilidad del conjunto bomba‐motor. Cada bomba será instalada dejando una pendiente para la evacuación de posibles derrames. Ésta pendiente se dirigirá hacia el lado opuesto del motor. El Contratista presentará al Ingeniero Director los planos y memorias descriptivas de las bombas a emplear, acompañadas de los correspondientes certificados de pruebas de sobrecarga, rodaje, etc., efectuadas en el taller del fabricante. 2.4.-RECIPIENTES: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. Se consideran recipientes de almacenamiento del proyecto la torre de biofiltración, la columna de adsorción y los depósitos auxiliares de medio de cultivo y NaOH. En el diseño de recipientes se abordan aspectos como materiales de construcción, normas de diseño, fabricación soportes, venteo, etc. Materiales de construcción de recipientes. El material de construcción será el poliéster reforzado con fibra de vidrio para el biofiltro y depósitos auxiliares y el acero suave con recubrimiento hepóxico para el adsorbedor, tal y como se indica en el capítulo 10 de la memoria descriptiva. Norma de diseño de recipientes. Los recipientes estarán diseñados de acuerdo con las reglamentaciones técnicas vigentes sobre la materia. A fecha de octubre de 2012 la norma vigente para el diseño y Pliego de condiciones. 169 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 fabricación de PRFV es la "UNE-EN 13121-3:2009+A1:2010/AC". Las acciones a tener en cuenta en el diseño serán las señaladas en el código o procedimiento de diseño. Cuando en la selección del material de construcción se haya aceptado un material, se proveerá un sobreespesor para éste, en función de la vida útil prevista y a la velocidad de corrosión en las condiciones más desfavorables que puedan producirse en la operación. Los sobreespesores de corrosión, así como los espesores de recubrimiento, no se considerarán en los cálculos de espesor de los recipientes y tuberías a efectos de su resistencia mecánica. Fabricación de recipientes. Durante la fabricación de los recipientes se seguirán las inspecciones y pruebas establecidas en las reglamentaciones técnicas vigentes sobre la materia y, en su ausencia, en el código o norma elegidos. Soportes, fundaciones y anclajes de recipientes. Los tanques o depósitos fijos estarán apoyados en el suelo o sobre fundaciones de hormigón, acero, obra de fábrica o pilotes. Las fundaciones estarán diseñadas para minimizar la posibilidad de asentamientos desiguales y la corrosión en cualquier parte del recipiente apoyado sobre la fundación. Cada tanque o depósito estará soportado de tal manera que se eviten las concentraciones no admisibles de esfuerzos en su cuerpo. Cuando sea necesario, los recipientes podrán estar sujetos a las cimentaciones o soporte por medio de anclajes. Venteo de recipientes. Todo tanque atmosférico de almacenamiento deberá disponer de sistemas de venteo para prevenir la formación de vacío o presión interna, de tal forma que se evite la deformación del techo o de las paredes del tanque como consecuencia de las variaciones de presión producidas por el efecto de los llenados, vaciados o cambios de temperatura ambiente. Las salidas de dicho sistema estarán alejadas de los puntos de operación y vías de circulación en donde las personas puedan verse expuestas o se protegerán adecuadamente para evitar las proyecciones de líquidos y vapores. Los venteos normales de un tanque atmosférico se dimensionarán de acuerdo con códigos de reconocida solvencia o, como mínimo, tendrán un tamaño igual al mayor de las tuberías de llenado o vaciado y, en ningún caso inferior a 35 mm de diámetro interior. Pliego de condiciones. 170 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Si cualquier tanque o depósito tiene más de una conexión de llenado o vaciado, la dimensión del sistema de venteo o alivio de presión se basará en el flujo máximo posible. Cuando un producto, por efecto de la acción de la humedad del aire, aumenta su acción corrosiva, se tendrán en cuenta este efecto para disponer de un sistema que lo evite o corrija, salvo que se haya previsto tal posibilidad en el diseño. Igualmente, deberá evitarse en lo posible la emisión a la atmósfera de vapores perjudiciales de líquidos corrosivos, en todo caso, controlar sus efectos. 2.5.-REDES DE DRENAJE. Las redes de drenaje se diseñarán para proporcionar una adecuada evacuación de los fluidos residuales, agua de lluvia, de proceso, de servicios contra incendios y otros similares. Los materiales de las conducciones y accesorios serán adecuados para resistir el posible ataque químico de los productos que deban transportar. 2.6.-CIMENTACIONES. El material utilizado en una fundación típica para sustituir los materiales blandos inadecuados debe ser homogéneo, preferiblemente granular y estable exento de materias orgánicas o perjudiciales. Cuando las condiciones del subsuelo impongan el empleo de una estructura de hormigón armado y pilotes, éstos se deberán diseñar de acuerdo con la vigente instrucción para el proyecto y ejecución de obras de hormigón en masa o armado. El hormigón se dosificará o se protegerá de modo que se evite que sea ataco el propio hormigón o sus armaduras por un derrame accidental. 3.-CONDICIONES PARTICULARES DE PRUEBAS EN LA INSTALACIÓN. Todos los equipos de proceso precisan la realización de pruebas previas a la puesta en marcha para verificar el buen funcionamiento del sistema. Dichas pruebas dependerán de los equipos o instalaciones en cuestión. 3.1.-OBJETO. Además de todo lo indicado al respecto en los artículos anteriores del presente Pliego, se tendrá en cuenta que durante la ejecución y en todo caso, antes de la recepción provisional, se someterán las obras e instalaciones a las pruebas precisas para comprobar el perfecto comportamiento de las mismas, desde los puntos de vista mecánico e hidráulico, Pliego de condiciones. 171 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 con arreglo a los Pliegos y disposiciones vigentes aprobadas en todo caso por el Ingeniero Director de la obra. A tal efecto, el Contratista propondrá un protocolo de pruebas de las obras e instalaciones, en las que se comprobará la estanqueidad de los diversos elementos, la línea piezométrica y el correcto funcionamiento de los equipos electromecánicos. Una vez superadas estas pruebas, se someterá el conjunto de las instalaciones a una prueba de funcionamiento de tres días laborales, en donde se verificarán los rendimientos y el ajuste de las instalaciones. Las pruebas se realizarán siguiendo las directrices del "Real Decreto 379/2001, de 6 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de almacenamiento de productos químicos y sus instrucciones técnicas complementarias", así como la norma "UNE-EN 131213:2009+A1:2010/AC" para los recipientes de poliéster reforzado en fibra de vidrio. 3.2.-LAVADO DE LA INSTALACIÓN. Esta operación tiene por objeto eliminar cuerpos extraños que, durante el montaje, hayan podido quedar en las líneas o en los equipos, tales como virutas de metal, plástico, madera, etc. Estos restos pueden provocar durante la operación atascos en líneas, bloqueos en válvulas o destrozos de las partes móviles de las bombas. El lavado se llevará a cabo mediante circulación de agua. Las bombas habrán sido alineadas, comprobadas y rodadas de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Podrán instalarse en ellas filtros de aspiración, que deberán limpiarse tan a menudo como sea necesario. Mientras dure el rodaje de las máquinas se vigilarán estrechamente todos los aspectos relacionados con sobrecalentamientos, vibraciones, posibles fugas y consumo eléctrico de motores. Durante el lavado en los puntos bajos, línea desconectadas, etc. Se debe purgar para eliminar materiales sólidos. Cuando se observe que los filtros instalados en las bombas han dejado de ensuciarse y el agua que se purga aparece limpia, puede darse por concluida la operación de lavado. Se parará entonces la circulación y se drenará completamente de agua el sistema. 3.3.-PRUEBAS DE RECIPIENTES. Los depósitos auxiliares y torre de biofiltración serán probados antes de su puesta en servicio, de acuerdo con las especificaciones de la norma "UNE-EN 131213:2009+A1:2010/AC". Pliego de condiciones. 172 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Dichos recipientes serán probados a estanqueidad, realizada a la presión de operación con aire, gas inerte o agua, antes de poner el tanque en servicio. Durante la prueba, se comprobará que no existen fugas, especialmente por las bridas atornilladas y por lo asientos de las válvulas. Antes de poner en servicio el tanque se corregirán todas las fugas y deformaciones de manera aceptable para la norma de diseño. 3.4.-PRUEBAS DE TUBERÍAS, VÁLVULAS Y ACCESORIOS. En primer lugar se hará un examen visual, control de espesores e identificación de los materiales de los mismos. Las tuberías, válvulas manuales y accesorios se probarán antes de ser cubiertas, enterradas o puestas en servicio, de acuerdo con los códigos de diseño; por una prueba hidrostática a 1,50 veces la máxima presión prevista en el sistema o bien por una prueba neumática a 1,20 veces la máxima presión prevista pero no inferior a 34 kPa (0,35 Kg∙cm ‐2) en el punto más alto del sistema. La presión de prueba será mantenida hasta completar la inspección visual de todos los puntos y conexiones, pero nunca menos de 10 minutos. 3.5.-PRUEBAS DE LA INSTALACIÓN COMPLETA. Se deberá comprobar hidrostáticamente todas las líneas y equipos después de finalizar la construcción del circuito, con los equipos interconectados entre sí (comprobación del sistema). El sistema se llenará con agua y se comprobará al menos a 1,25 veces la presión del diseño. Las válvulas automáticas deberán quitarse de servicio, así como los instrumentos. Las secciones cuyas presiones de prueba sean diferentes serán separadas mediante juntas ciegas temporales. 3.6.-PRUEBAS DE LA CIMENTACIÓN. Al realizar la primera prueba hidráulica, se deben tomar precauciones especiales por si fallara la cimentación. El primer tanque que se pruebe en un determinado emplazamiento se controlará especialmente y se registrarán los asentamientos en función de las cargas. Un procedimiento consiste en marcar en la periferia de los tanques, cuatro puntos simétricos. Cuando el terreno sea adecuado y no blando, se puede llenar el tanque hasta la mitad rápidamente y se comprobarán entonces los niveles y si no se han producido asentamiento diferenciales, se puede llenar el tanque hasta las tres cuartas partes de su capacidad, repitiendo entonces la lectura. Si el tanque sigue nivelado se terminará el llenado, repitiendo las lecturas. Pliego de condiciones. 173 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Se deja el tanque lleno durante cuarenta y ocho horas y si los niveles se mantienen ya constantes, se puede vaciar el tanque, teniendo la precaución de abrir una entrada de aire suficiente para evitar la deformación del mismo por vacío. Si se han instalado tanques similares en terreno semejante, en las pruebas de aquellos se pueden omitir las paradas en la mitad y tres cuartos del llenado. Para realizar dicho procedimiento de prueba, se debe disponer de un sistema adecuado para llenado y vaciado. Se debe evitar la descarga junto a la propia cimentación, para no dar lugar a la erosión y el reblandecimiento del terreno circundante. Pliego de condiciones. 174 DOCUMENTO 4 presupuesto Presupuesto. 175 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 ÍNDICE DEL PRESUPUESTO. 1.-Alcance del presupuesto ................................................................................................... 177 2.-Estimación de la inversión de capital en inmovilizado .................................................... 178 2.1.-Coste de equipamiento ............................................................................................... 178 2.2.-Estimación del resto de costes directos e indirectos .................................................. 188 3.-Costes de operación .......................................................................................................... 191 3.1.-Reactivos ..................................................................................................................... 191 3.2.-Electricidad .................................................................................................................. 192 3.3.-Mano de obra .............................................................................................................. 192 Presupuesto. 176 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 1.-Alcance del presupuesto El objeto del presente documento es determinar el costo asociado a la ejecución del proyecto. Siendo el mismo la instalación de una planta de procesos, la inversión de capital a realizar se divide en dos: Inversión de capital en inmovilizado: representa la inversión necesaria a realizar para la compra de todos aquellos componentes necesarios para el funcionamiento de la planta (equipos, red de tuberías, instrumentación, medidores, equipos de impulsión, tanques, etc.). Se incluyen asimismo aquellos costes asociados a la instalación de dichos equipos, mano de obra, transporte, gastos legales, honorarios, etc. Costes de operación: son los costes asociados al funcionamiento de la planta una vez instalada. Se incluyen los gastos en materias primas, salarios, recibos, impuestos, etc. El cálculo de la inversión total de capital asociada a la puesta en práctica del proyecto es de gran importancia, pues es el coste lo que en última instancia determinará el que dicho proyecto se ejecute o no frente a otras opciones propuestas. El presupuesto debe determinarse con la mayor exactitud posible, considerando todas las situaciones generantes de gastos que pudiesen aparecer durante la ejecución del mismo. Para ello, la mejor forma es obtener precios actualizados directamente de los proveedores a los que se compran los equipos, así como precios de mano de obra, electricidad, agua, etc. En casos en los que no se disponga de precios de mercado se realizará una estimación a partir de precios de años anteriores. En el presente proyecto se determina la inversión de capital en inmovilizado, teniendo en cuenta los costes directos e indirectos asociados (Tabla P.1.). Esto se ha realizado a partir de datos de proveedores cuando éstos están disponibles y mediante estimaciones cuando no lo están. Presupuesto. 176 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Tabla P.1. Porcentajes comunes de inversión de capital en inmovilizado en plantas de procesos. Fuente: Plant Design and Economics for Chemical Engineers (Max S. Peters) 5ª edición. COMPONENTE DE COSTE Costes directos: Coste de equipamiento. Entrega del equipamiento Coste de instalación del equipamiento. Instrumentación y control Red de tuberías. Sistemas eléctricos (instalación incluida). Edificios auxiliares. Acondicionamiento del terreno. Instalaciones de servicio. Coste del terreno. Costes indirectos: Ingeniería y supervisión. Gastos legales. Honorarios del contratista. Contingencias. PORCENTAJE SOBRE EL TOTAL DEL INMOVILIZADO. 15-40 8-12 6-14 2-12 4-17 2-10 2-18 2-5 8-30 1-2 4-20 1-3 2-6 5-15 2.-Estimación de la inversión de capital en inmovilizado. 2.1.-Coste de equipamiento. En la planta propuesta se requiere el siguiente equipamiento para el funcionamiento de la misma: PARTIDA 1: Biofiltro, columna de adsorción y depósitos de almacenamiento. Equipo. Unidades. Biofiltro percolador. Material: PRFV. 1 Altura: 9,537 m. Diámetro: 1,500 m. Fondos y bridas según plano. Relleno: Anillos Pall 5cm. Presupuesto. 178 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Columna de adsorción. Material: Acero suave con 1 recubrimiento epóxico. Altura: 2,235 m. Diámetro: 1,156 m. Relleno: Carbón activado granular. Depósito de NaOH en polipropileno. 1 Capacidad: 140 L. Altura: 750 mm. Diámetro: 488 mm. Depósito auxiliar de medio de cultivo en polipropileno. 1 Capacidad: 1000 L. Altura: 1500 mm. Diámetro: 955 mm. PARTIDA 2: Red de tuberías y accesorios. Equipo. Unidades. Tubería PVC sch 80 DN 5" 2,5 m Tubería PVC sch 80 DN 1,25" 20 m Tubería PVC sch 80 DN 3/8" 2m Té 90º PVC DN 5" 1 Té 90º PVC DN 1,25" 1 Té 45º PVC DN 1,25" 1 Válvula antirretorno PVC DN 1,25" 1 Válvula de mariposa monitorizada hierro 2 DN 5" Válvula solenoide de 2 vías normalmente 1 cerrada de DN 1,25'' PVC. PARTIDA 3: Control automático e instrumentación. Equipo. Unidades. PLC SIMATIC S7-200 más cuadro eléctrico 1 de control. Transmisor de pH PHETX-610. 1 Sensor de nivel de flotador NFA-150-150. 3 Transmisor de concentraciones RAEGuard 3 PID. Medidor térmico de caudal de aire t-mass 2 65I de DN 5''. Medidor de caudal de presión diferencial 1 DO65F40 de DN 1,25''. Variador de frecuencia J1000 200 V Class 1 single-phase 200 VAC 0,4 kW. Presupuesto. 179 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 PARTIDA 4: Equipos de impulsión. Equipo. Unidades. Soplante Multistage MS11/168 1 Bomba centrífuga EB 20 144 CEA 210/3 1 Bomba centrífuga EB 10 002 MS 07 1 Bomba dosificadora electromecánica de 1 pistón BM (Qmáx=2,8 L/h). Estimación de precio de equipamiento mediante índices de costes. A falta de datos de precios actualizados se recurre al uso de los denominados índices de costes para distinto tipo de equipamiento. La estimación del precio de un equipo determinado en la actualidad se realiza a partir del precio del mismo equipo en un año pasado determinado. A partir del precio pasado, junto con los índices de costes para el año pasado y el tiempo actual, se obtiene el precio del equipo mediante la siguiente expresión: Existen varios tipos de índices de costes para estimar equipamiento en ingeniería química. Se utilizará el índice de costes de plantas de ingeniería química (CEPCI, por sus siglas en ingles), el cual es publicado mensualmente en la revista Chemical Engineering y es de acceso gratuito en su web oficial www.che.com (figura P.1.). Estimación de precio de equipamiento mediante escalamiento. También es posible realizar la estimación del coste de un equipo a partir de datos de un equipo similar pero de distinta capacidad mediante la regla de los seis décimos. Si el coste de un equipo dado "b" de capacidad determinada es conocido, entonces el coste de un equipo similar "a" cuya capacidad es "X" veces la capacidad de "b" se calcula mediante la anterior expresión. El exponente "n" puede variar en un rango de 0,1 a 1,2 dependiendo del tipo de equipo considerado (tabla , considerándose 0,6 en ausencia de otra información. Presupuesto. 180 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 EQUIPMENT Blender, cone rotatory, carbon steel (c.s.) Blower, centrifugal Centrifuge, solid bowl, c.s. Crystallizer, vacuum batch, c.s. Compressor, reciprocating, air-cooled, twostage, 1035-kPa discharge Compressor, rotatory, single-stage, sliding vane, 1035-kPa discharge Dryer, drum, single vacuum Dryer, drum, single atmosphere Evaporator (installed), horizontal tank Fan, centrifugal Fan, centrifugal Heat exchanger, shell-and tube, floating head, c.s. Heat exchanger, shell-and tube, fixed sheet, c.s. Kettle, cast-iron, jacketed Kettle, glass-lined, jacketed Motor, squirrel cage, induction, 440-V, explosion proof Motor, squirrel cage, induction, 440-V, explosion proof Pump, reciprocating, horizontal cast-iron (includes motor) Pump, centrifugal, horizontal, cast steel, (includes motor) Reactor, glass-lined, jacketed, (without drive) Reactor, stainless steel, 2070-kPa Separator, centrifugal, c.s. Tank, flat head, c.s. Tank, c.s., glass-lined Tower, c.s. Tray, bubble cap, c.s. Tray, sieve, c.s. SIZE RANGE 1,4-7,1 m3 (50-250 ft3) 0,5-4,7 m3/s (103-104 ft3/min) 7,5-75 kW (10-102 HP) drive 15-200 m3 (500-7000 ft3) 0,005-0,19 m3 (10-400 ft3/min) EXPONENT 0,49 0,59 0,67 0,37 0,69 0,05-0,5 m3/s (102-103 ft3/min) 0,79 1-10 m2 (10-102 ft2) 1-10 m2 (10-102 ft2) 10-1000 m2 (102-104 ft2) 0,5-5 m3/s (103-104 ft3/min) 10-35 m3/s (2·104-7·104 ft3/min) 10-40 m2 (100-400 ft2) 0,76 0,40 0,54 0,44 1,17 0,60 10-40 m2 (100-400 ft2) 0,44 1-3 m3 (250-800 gal) 0,8-3 m3 (200-800 gal) 4-15 kW (5-20 HP) 0,27 0,31 0,69 15-150 kW (20-200 HP) 0,99 1·10-4-6·10-3 m3/s (2-100 gpm) 0,34 4-40 m3/s·kPa (104-105 gpm·psi) 0,33 0,2-2,2 m3 (50-600 gal) 0,54 0,4-4,0 m3 (102-103 gal) 1,5-7 m3 (50-250 ft3) 0,4-40 m3 (102-104 gal) 0,4-4,0 m3 (102-103 gal) 5·102-106 kg (103-2·106 lb) 1-3 m (3-10 ft) diameter 1-3 m (3-10 ft) diameter 0,56 0,49 0,57 0,49 0,62 1,20 0,86 Figura P.1. Exponentes de escalamiento para equipamiento. Fuente: Plant Design and Economics for Engineers. 5ª edición. Presupuesto. 181 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 CHEMICAL ENGINNERING PLANT COST INDEX (CEPCI) (1957-59 = 100) June '12 Prelim. CE Index ----------------------------------------------------- 585,5 Equipment-------------------------------------------------------------- 713,9 Heat exchangers & tanks ------------------------------------------------- 661,4 Process machinery --------------------------------------------------------- 665,5 Pipe, valves & fittings ----------------------------------------------------- 917,7 Process instruments ------------------------------------------------------- 425,1 Pumps & compressors ---------------------------------------------------- 927,0 Electrical equipment ------------------------------------------------------ 513,7 Structural support & misc ----------------------------------------------- 759,9 Construction labor---------------------------------------------------- 322,5 Buildings---------------------------------------------------------------- 527,2 Engineering & supervision------------------------------------------ 327,9 Figura P.2. CEPCI a Junio del 2012. Fuente: www.che.com Se utilizarán las siguientes tablas de coste de equipamiento, realizadas a enero del 2002, cuando el CEPCI era 390.4. Figura P.2. Tabla de coste para torres empacadas y de platos. Presupuesto. 182 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Figura P.3. Tabla de coste para ventiladores centrífugos. Presupuesto. 183 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Figura P.4. Tabla de coste para medidores de caudal. Presupuesto. 184 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Figura P.5. Tabla de costes para tuberías. Figura P.6. Tabla de coste para transmisores de nivel. Presupuesto. 185 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 La siguiente tabla resume el precio de cada equipo: Tabla P.3. Precio del equipamiento, PARTIDA 1: Biofiltro, columna de adsorción y depósitos de almacenamiento. Equipo Unidades Precio (€) Obtención precio Biofiltro 1 10420 Estimación. percolador. Columna de 1 7742,33 Estimación (Figura adsorción. P.2.). Depósito de NaOH. 1 171 Datos proveedor. Depósito auxiliar de 1 460 Datos proveedor. medio de cultivo. PARTIDA 2: Red de tuberías y accesorios. Equipo Unidades Precio (€) Obtención precio Tubería PVC sch 80 2,5 m 58,12 Estimación (Figura DN 5". P.5.). Tubería PVC sch 80 20 m 51,6 Estimación (Figura DN 1,25". P.5.). Tubería PVC sch 80 2m 1,92 Estimación (Figura DN 3/8". P.5.). Té 90º PVC DN 5". 1 1,49 Datos proveedor. Té 90º PVC DN 1 0,86 Datos proveedor. 1,25" . Té 45º PVC DN 1 0,62 Datos proveedor. 1,25". Válvula 1 19,89 Datos proveedor antirretorno PVC DN 1,25". Válvula mariposa 2 698,41 Datos proveedor motorizada hierro DN 5". Válvula solenoide 1 180,67 Datos proveedor 2V NC DN 1,25'' PVC. Presupuesto. 186 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 PARTIDA 3: Control automático e instrumentación. Equipo Unidades Precio Obtención precio PLC SIMATIC S71 12000 Estimación. 200. Transmisor de pH 1 600 Datos proveedor. PHETX-610. Sensor de nivel de 3 630,3 Estimación (Figura flotador NFA-150P.6.). 150. Transmisor de 3 4395 Datos proveedor. concentraciones RAEGuard PID. Medidor caudal t2 929,08 Estimación (Figura mass 65I de DN 5''. P.4.). Medidor de caudal 1 348,41 Estimación (Figura DO65F40 de DN P.4.). 1,25''. Variador de 1 690 Datos proveedor frecuencia 6SL3211-0AB137UA0 0,5 CV. PARTIDA 4: Equipos de impulsión. Equipo Unidades Precio Obtención precio Soplante 1 1393,62 Estimación (Figura Multistage P.3.). MS11/168. Bomba centrífuga 1 554,7 Datos proveedor. EB 20 144 CEA 210/3. Bomba centrífuga 1 236,08 Datos proveedor. EB 10 002 MS 07. Bomba dosificadora 1 120 Datos proveedor. electromecánica de pistón BM (Qmáx=2,8 L/h). Ejemplo de cálculo: Tuberías de PVC. Para calcular el precio de una tubería de PVC de schedule 80 de diámetro nominal 5" se recurre a la tabla P.5. De dicha tabla se obtiene que el precio por metro lineal de tubería es de 20 dólares aproximadamente en el año 2001. Teniendo en cuenta que el CEPCI era 390,4 en 2001 y 585,5 a Junio del 2012, se puede calcular el coste actual aplicando la siguiente expresión: Presupuesto. 187 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 A octubre de 2012, 1 euro son 1,29 dólares, por lo que la estimación resulta que una tubería de PVC de schedule 80 y diámetro nominal 5" vale 23,25 euros. En la siguiente tabla se recogen el coste de cada partida y el coste total de equipamiento. PARTIDA 1 2 3 4 PRECIO (€) 18793,33 1013,58 19592,79 2304,40 PRECIO TOTAL (€) 41705 2.2.-Estimación del resto de costes directos e indirectos. La tabla P.1. recoge el rango de porcentajes que sobre el total de inversión de capital en inmovilizado tiene cada coste. Se utilizará dicha tabla para realizar la estimación de todos los costes totales directos e indirectos implicados en la instalación de la planta. A continuación se describen brevemente los distintos costes presentados en la tabla P.1. Costes directos. Coste de equipamiento: es el coste de todo el equipamiento necesario para el funcionamiento de la planta ya calculado en el apartado 2.1. Instalación del equipamiento: es el coste asociado a la construcción de la planta, una vez se tiene el equipamiento. Incluye mano de obra, soportes, plataformas, grúas, etc. Coste de instalación del equipamiento: son los costes asociados a la construcción de la planta. Instrumentación y control: coste de instrumentación para medición y control automático. En este caso, en el apartado 2.1. se ha considerado dentro del coste total de equipamiento (partida 3). Presupuesto. 188 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 Red de tuberías: es el coste asociado a todos los elementos involucrados en el transporte de fluidos, incluyendo tuberías, válvulas, codos, empalmes, etc. Ya ha sido incluido en el coste total de equipamiento (partida 2). Sistemas eléctricos: los sistemas eléctricos consisten en cuatro grandes componentes: cableado, iluminación, transformación y servicio. Edificios auxiliares: incluye el gasto asociado a la construcción de aquellos edificios necesarios para el funcionamiento de la planta pero que no intervienen directamente en el proceso (silos, almacenes, etc.). En este caso, la planta diseñada es muy pequeña e irá situada en una fábrica preexistente, por lo que se supondrá que ésta cuenta con todos los edificios que aquella necesite. Acondicionamiento del terreno: incluye aquellos costes asociados al vallado, calles, vías, etc. que la planta necesite. Al tratarse de una planta tan pequeña no se considerará este coste. Instalaciones de servicio: son aquellos costes asociados a edificios auxiliares tales como primeros auxilios, lavabos, cafeterías, etc. No se considerará este coste ya que la planta irá instalada en una fábrica preexistente que ya cuenta con estos servicios. Coste del terreno: es el valor del suelo en el lugar de instalación de la planta. Se supondrá que la fábrica ya dispondrá de la superficie necesaria para la instalación de la planta, por lo que no se considerará este coste. Costes indirectos. Ingeniería y supervisión: incluye los costes asociados al diseño de la planta, incluyendo licencias de software y otros. Gastos legales: son los costes asociados a la compra del terreno, construcción, contratos, etc. Honorarios del contratista. Contingencias: considera aquellos gastos que elevan el precio final de ejecución del proyecto debido a situaciones inesperadas e incontrolables que ocurren durante la puesta en práctica del mismo, tales como inundaciones, accidentes en el transporte del equipamiento, huelgas, inflación, errores en diseño, etc. Para la estimación de los costes directos e indirectos se ha procedido de la siguiente forma. A partir de la tabla P.1. se eligen aquellos costes considerados para la ejecución de la planta propuesta. Se elegirá un valor de porcentaje que sobre el coste total del inmovilizado cada partida representa. Esos porcentajes son elegidos, por recomendación de la bibliografía, como los valores medios de los expuestos a falta de datos que indiquen lo contrario. La suma de todos los porcentajes no resultará 100%, por lo que es necesario realizar una normalización de los porcentajes mediante de la división de cada uno de ellos Presupuesto. 189 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 por el total resultante. Por último, puesto que el coste del equipamiento ya ha sido determinado en el apartado 2.1., se puede fácilmente calcular el precio que cada partida supone. Tabla P.2. Estimación de la inversión total en inmovilizado. COSTES Directos Indirectos COMPONENTES Equipamiento Entrega del equipamiento Instalación del equipamiento Sistemas eléctricos Ingeniería y supervisión Gastos legales Honorarios del contratista Contingencias TOTAL % % SELECCIONADO NORMALIZADO 40 45,5 10 11,4 COSTE ESTIMADO (€) 41705 10424 14 15,9 14590 8 9,1 8341 5 5,7 5212 2 4 2,3 4,5 2083 4166 5 88 5,7 100 5212 91733 De esta forma, la inversión de capital en inmovilizado total necesaria para la ejecución del presente proyecto asciende a: 91733 € Noventa y un mil setecientos treinta y tres euros. Presupuesto. 190 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.-Costes de operación. En el presente apartado se estimarán los costes de operación, es decir, cuánto vale mantener la planta en funcionamiento. En la planta se requieren reactivos, electricidad para el funcionamiento de los equipos de impulsión y el sistema de control automático y, ocasionalmente, el trabajo de operarios (rellenado de los depósitos auxiliares, revisión y mantenimiento de equipos, arreglo de averías, etc.). De esta forma, se pueden dividir los costes de operación en tres partidas: Partida 1: Reactivos. Partida 2: Electricidad. Partida 3: Mano de obra. 3.1.-Reactivos. Se tiene un depósito de 1000 L para el medio de cultivo auxiliar. Teniendo en cuenta la composición del medio de cultivo (tabla 9.1.), las cantidades necesarias de cada reactivo para preparar 1000 L de disolución son las siguientes: KH2PO4: 4,5 kg. K2HPO4: 0,5 kg. NH4Cl: 2 kg. MgSO4·7H2O: 0,1 kg. El requerimiento de medio de cultivo auxiliar es de aproximadamente 24000 L (apartado A.6.2.1.). De la misma forma, se tiene un depósito de 140 L de NaOH y el requerimiento de este producto es de aproximadamente 1080 L al año (1620 kg) (apartado A.6.1.3.). La siguiente tabla muestra el coste de los reactivos necesarios: COMPUESTO KH2PO4 grado técnico K2HPO4 grado técnico NH4Cl grado técnico MgSO4·7H2O grado técnico Agua de red NaOH líquida al 48% w/w Presupuesto. CANTIDAD ANUAL GASTADA (kg) 108 12 48 2,4 24000 1620 PRECIO UNITARIO (€/kg) 1,50 1,50 1,16 0,75 1,80·10-3 0,50 TOTAL COSTE ANUAL (€/año) 162 18 56 2 44 810 1092 191 Francisco Manuel Pérez García. Proyecto fin de carrera. Universidad de Cádiz 2012 3.2.-Electricidad. La siguiente tabla muestra el coste asociado al funcionamiento de todos los equipos eléctricos de la planta, teniendo en cuenta el tiempo de funcionamiento de cada uno de ellos. Se considerará una tarifa eléctrica de 0,06 €/kW∙h. DISPOSITIVO Soplante 0,5 CV (373 W) Bomba centrífuga 0,7 CV (522 W) para recirculación Bomba centrífuga 1,5 CV (1118 W) para medio de cultivo auxiliar TIEMPO DE FUNCIONAMIENTO (h/año) 1152 CONSUMO ANUAL (kW·h/año) COSTE (€/año) 430 26 1152 601 36 1,5 2 0,12 TOTAL 62,12 3.3.-Mano de obra. La planta no sufrirá una manipulación directa por parte de operarios en su funcionamiento normal gracias al sistema de control automático instalado. No obstante, se requerirá personal para ciertos casos tales como la realización del mantenimiento periódico de los equipos, identificación y arreglo de averías y rellenado de los depósitos auxiliares entre otras posibles situaciones. Suponiendo un requerimiento de mano de obra para la planta de 1 hora por semana, se tienen 48 horas al año. Considerando el precio de la mano de obra como 9 €/h, se tiene que el gasto en mano de obra es de 432 euros al año. De esta forma, el coste asociado a mantener la planta en funcionamiento cada año asciende a: 1587 € Mil quinientos ochenta y siete euros. Presupuesto. 192
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